本文關(guān)鍵詞：堿性燃料電池陰極催化劑的構(gòu)筑及其電催化性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：燃料電池被認(rèn)為是未來最有可能替代化石資源的新型能源形式之一。在燃料電池陰極發(fā)生的氧氣還原反應(yīng)(ORR)相對在陽極氧化劑的氧化反應(yīng)的動力學(xué)遲緩、超電勢高,因此通常需要使用大量鉑基貴重金屬陰極催化劑來滿足實際應(yīng)用的需求。然而,鉑基貴金屬資源有限且價格高昂,嚴(yán)重阻礙了燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化推廣,因此,開發(fā)非貴重金屬陰極電催化材料具有十分重要的科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值。本論文基于還原氧化石墨烯的優(yōu)良導(dǎo)電性能以及非貴金屬錳基和鉆基陰極電催化材料在堿性電解質(zhì)中的良好電催化性能,利用復(fù)合金屬氫氧化物主體層板金屬元素的高分散性,采用共沉淀法可控合成還原氧化石墨烯負(fù)載的Co、Mn、Ni和Fe多元LDHs,通過原位焙燒得到還原氧化石墨烯負(fù)載的復(fù)合金屬氧化物陰極電催化材料。采用多種表征手段詳細(xì)表征各種催化材料的組成、結(jié)構(gòu)和形貌,采用循環(huán)伏安法和線性掃描法等電化學(xué)表征手段系統(tǒng)分析了所合成材料的電催化活性、選擇性以及電化學(xué)穩(wěn)定性。本論文的具體工作如下：(1)通過共沉淀法制備了還原石墨烯負(fù)載的主體層板為鈷和錳元素的復(fù)合金屬氫氧化物前驅(qū)體(Co3Mn-LDH/RGO),在一定的溫度下將Co3Mn-LDH/RGO前驅(qū)體焙燒成還原氧化石墨烯負(fù)載的復(fù)合金屬氧化物陰極電催化材料(CoO/MnO2/RGO)。經(jīng)XRD、SEN、TEM和XPS等分析表明,CoO和無定型MnO2納米顆粒均勻分布在還原氧化石墨烯載體上；電催化性能測試結(jié)果表明,該法所制備CoO/MnO2/RGO催化劑性明顯優(yōu)于CoO/RGO和MnO2/RGO相同比例物理混合催化劑,而且該復(fù)合催化劑具有與商業(yè)Pt/C電催化劑相當(dāng)?shù)难鯕膺�原電催化活性、更高的催化選擇性和電化學(xué)穩(wěn)定性。該復(fù)合催化劑在0.1MKOH電解質(zhì)中催化氧氣還原反應(yīng)的半波電勢為0.78 V vs. RHE,起始電勢是0.90 V vs. RHE,對甲醇具有完全免疫力,經(jīng)18000 s的i-t極譜測試后的穩(wěn)定性比商業(yè)Pt/C高5%。(2)通過共沉淀法制備了氮摻雜還原氧化石墨烯負(fù)載的主體層板含鉆、鎳和鐵三元層狀復(fù)合金屬氫氧化物(CoNiFe-LDH/N-RGO),經(jīng)焙燒前驅(qū)體可控制備得到了Co/NiO/Fe2O3/N-RGO復(fù)合催化劑。XRD, XPS,SEM,TEM等手段的結(jié)構(gòu)分析表明,前驅(qū)體具有典型LDHs的層狀結(jié)構(gòu),經(jīng)750℃焙燒后LDHs層板發(fā)生塌陷生成了金屬Co單質(zhì)、無定型的NiO和無定型的Fe203納米顆粒的復(fù)合物；經(jīng)電催化性能測試表明,目標(biāo)催化劑中Co/N-RGO具有較高氧氣還原電催化活性而NiO/Fe2O3/N-RGO具有良好的電化學(xué)析氧活性,整體催化劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的氧氣還原和析氧雙功能特性,具有較好的應(yīng)用前景。該復(fù)合催化劑在0.1M KOH電解質(zhì)中催化氧氣還原反應(yīng)的半波半波電勢是0.80 V vs. RHE和4e的反應(yīng)路線,同時這種催化劑表現(xiàn)出良好的氧氣析出反應(yīng)(OER)活性,輸出電流密度較高,其超電勢為280 mV,與商用的Pt/C電催化材料相近。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 氧氣還原反應(yīng) 石墨烯 復(fù)合金屬氫氧化物 非貴重金屬催化劑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-32
• 1.1 燃料電池陰極催化劑的應(yīng)用概述14-22
• 1.1.1 堿性燃料電池概述14-17
• 1.1.2 貴重金屬在燃料電池陰極催化劑中的應(yīng)用概述17-18
• 1.1.3 非金屬催化劑在燃料電池陰極中的應(yīng)用概述18-22
• 1.1.3.1 非金屬催化劑18-19
• 1.1.3.2 氮摻雜碳負(fù)載金屬催化劑19-20
• 1.1.3.3 過渡金屬氧化物20-22
• 1.2 石墨烯在電化學(xué)中的應(yīng)用概述22-27
• 1.2.1 石墨烯的電化學(xué)性質(zhì)22-23
• 1.2.2 石墨烯在電化學(xué)中的應(yīng)用23-27
• 1.2.2.1 石墨烯作為電化學(xué)載體23-25
• 1.2.2.2 石墨烯作為電化學(xué)活性組分25-27
• 1.3 層狀復(fù)合金屬氫氧化物(LDHs)在電化學(xué)中的應(yīng)用概述27-29
• 1.3.1 層狀復(fù)合金屬氫氧化物(LDHs)的結(jié)構(gòu)27-28
• 1.3.2 層狀復(fù)合金屬氫氧化物(LDHs)在電化學(xué)中的應(yīng)用28-29
• 1.4 本課題的研究意義和研究內(nèi)容29-32
• 1.4.1 本課題的研究意義29
• 1.4.2 本課題的研究內(nèi)容29-32
• 第二章 實驗部分32-38
• 2.1 實驗原料32-33
• 2.2 實驗內(nèi)容33-35
• 2.2.1 GO的制備33
• 2.2.2 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的制備33-34
• 2.2.3 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的制備34-35
• 2.3 樣品的表征和測試方法35-36
• 2.3.1 X射線粉末衍射分析儀(XRD)35
• 2.3.2 傅里葉紅外光譜分析儀(FT-IR)35
• 2.3.3 拉曼光譜分析儀(Raman)35
• 2.3.4 等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)35
• 2.3.5 X射線光電子能譜分析儀(XPS)35-36
• 2.4 樣品的電化學(xué)評價36-38
• 2.4.1 循環(huán)伏安法(CV)36
• 2.4.2 線性掃描法(LSV)36-37
• 2.4.3 極譜法(i-t法)測催化劑的穩(wěn)定性37-38
• 第三章 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的制備及其ORR性能表征38-52
• 3.1 引言38-39
• 3.2 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析39-44
• 3.2.1 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的XRD表征39-40
• 3.2.2 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的FT-IR表征40-41
• 3.2.3 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的Raman表征41-42
• 3.2.4 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的XPS表征42-44
• 3.3 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的形貌分析44-47
• 3.4 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料的電催化性能表征47-51
• 3.4.1 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料氧氣還原活性表征47-49
• 3.4.2 CoO/MnO_2/RGO復(fù)合材料耐甲醇毒化作用和穩(wěn)定性表征49-51
• 3.5 小結(jié)51-52
• 第四章 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的原位合成及其在ORR/OER中的應(yīng)用52-69
• 4.1 引言52-54
• 4.2 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析54-63
• 4.2.1 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的XRD表征54-56
• 4.2.2 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的FT-IR表征56-57
• 4.2.3 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的Raman表征57-59
• 4.2.4 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的XPS表征59-63
• 4.3 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的形貌分析63-65
• 4.4 Co/NiO/Fe_2O_3/N-RGO復(fù)合材料的氧氣還原反應(yīng)(ORR)和氧氣析出(OER)性能分析65-68
• 4.5 小結(jié)68-69
• 第五章 結(jié)論69-70
• 本論文的創(chuàng)新點70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 發(fā)表論文及申請專利情況76-77
• 致謝77-78
• 論文作者及導(dǎo)師簡介78-79
• 附件79-80

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳慧琴;詹正坤;;鈷鎳鐵水滑石的合成、表征及衍生復(fù)合氧化物酸堿催化活性研究[J];化學(xué)研究與應(yīng)用;2009年03期

  本文關(guān)鍵詞：堿性燃料電池陰極催化劑的構(gòu)筑及其電催化性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：354457