發(fā)布時(shí)間：2017-05-26 00:07

  本文關(guān)鍵詞：非金屬摻雜與磺化碳納米管的制備、表征與氧還原電催化性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：碳納米管具有規(guī)整的結(jié)構(gòu)以及特殊的電子性能，因此碳管在燃料電池氧還原電催化劑方面表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。研究表明，對(duì)碳納米管進(jìn)行非金屬摻雜（N、P、B、I、S等）或者化學(xué)修飾可以很好地調(diào)整碳管的表面電子結(jié)構(gòu)，增加活性中心的數(shù)量，從而提高碳管的氧還原電催化活性、催化劑在燃料電池中的穩(wěn)定性以及耐CO或者甲醇中毒能力，同時(shí)可以有效地降低催化劑成本。因此，本文通過(guò)對(duì)碳納米管進(jìn)行硫氮共摻雜、磷氮共摻雜和磺化處理，，來(lái)研究摻雜以及化學(xué)處理對(duì)碳管氧還原電催化性能的影響。 首次采用直接熱分解摻氮碳納米管（N-CNTs）和硫磺混合物，制備了硫氮共摻雜碳納米管（SN-CNTs）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相比N-CNTs，SN-CNTs在酸性和堿性條件下都具有增強(qiáng)的氧還原電催化活性。SN-CNTs在酸性溶液中的表觀電子轉(zhuǎn)移數(shù)n為3.42，比N-CNTs的（2.88）高；在堿性溶液中，SN-CNTs的n為4，與商用Pt-C催化劑的一致，同時(shí)高于N-CNTs(3.83)的值。相比商用鉑碳催化劑，SN-CNTs顯示出更優(yōu)異的電催化活性，更好的耐甲醇滲透性能和長(zhǎng)久的穩(wěn)定性。此外，大多數(shù)研究出的非金屬摻雜電催化劑只在堿性條件下顯示出良好的電催化活性，本文中制備出的SN-CNTs突破了堿性條件的限制，在酸性溶液中也具有優(yōu)異的氧還原電催化性能，顯示出了良好的應(yīng)用前景。 采用化學(xué)氣相沉積法、直接熱分解法、水熱法等方法，制備出了摻磷、摻氮和磷氮共摻雜碳納米管，并系統(tǒng)地考察了制備方法、前驅(qū)物的量和種類對(duì)摻雜碳納米管在酸性和堿性條件下氧還原性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明，在酸性和堿性溶液體系中，氧還原反應(yīng)的機(jī)理不同，元素之間的相互作用也不相同，導(dǎo)致了不同制備條件下得到的催化劑在酸堿體系中電催化性能不同。 采用硫酸磺化法制備了磺化陣列碳納米管，對(duì)其進(jìn)行了不同溫度下氨化處理，研究了磺化和高溫?zé)崽幚韺?duì)陣列碳管氧還原電催化活性的影響，明顯提高了陣列碳納米管的電催化氧還原性能。 本文制備了一系列非金屬摻雜與和磺化修飾碳納米管，研究了酸堿條件下的氧還原電催化性能，為探索替代貴金屬鉑的新型納米碳催化劑提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與方法，加深了對(duì)氧還原機(jī)理的認(rèn)識(shí)。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 非金屬摻雜 低溫燃料電池 氧還原反應(yīng) 電催化
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O613.71;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 引言10-15
• 1.1.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.1.2 碳納米管的性質(zhì)11
• 1.1.3 碳納米管的制備11-14
• 1.1.4 碳納米管的應(yīng)用14-15
• 1.2 低溫燃料電池工作原理及研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 低溫燃料電池的工作原理16-17
• 1.2.2 低溫燃料電池的發(fā)展優(yōu)勢(shì)17-18
• 1.2.3 低溫燃料電池發(fā)展面臨的問(wèn)題18-19
• 1.3 氧還原電催化劑的發(fā)展19-26
• 1.3.1 氧還原電催化的原理20-21
• 1.3.2 氧還原電催化劑的分類21-26
• 1.3.2.1 鉑基催化劑21-22
• 1.3.2.2 非鉑基催化劑22-26
• 1.3.3 氧還原電催化劑面臨的問(wèn)題26
• 1.4 本課題的研究目的和主要內(nèi)容26-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分28-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器28-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑28-29
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器29
• 2.2 碳材料催化劑的表征29-31
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡（SEM）30
• 2.2.2 透射電子顯微鏡（TEM）30
• 2.2.3 X 射線光電子能譜（XPS）30
• 2.2.4 電子能量損失譜（EELS）30
• 2.2.5 能量散射譜（EDS）30
• 2.2.6 電子探針顯微分析（EPMA）30-31
• 2.2.7 拉曼光譜表征（Raman）31
• 2.2.8 比表面積表征（BET）31
• 2.3 催化劑的電催化性能測(cè)試31-33
• 2.3.1 電極的制備31
• 2.3.2 催化劑的電催化性能測(cè)試31-33
• 2.3.2.1 循環(huán)伏安法（CV）31-32
• 2.3.2.2 線性伏安掃描法（LSV）32
• 2.3.2.3 表觀電子轉(zhuǎn)移數(shù)的計(jì)算32-33
• 第三章 硫氮共摻雜碳納米管的制備、表征及氧還原性能研究33-52
• 3.1 硫氮共摻雜碳納米管的制備33-34
• 3.1.1 氮摻雜碳納米管的制備33
• 3.1.2 硫氮共摻雜碳納米管的制備33-34
• 3.1.3 工作電極的制備34
• 3.2 硫氮共摻雜碳納米管的表征34-40
• 3.2.1 硫氮共摻雜碳納米管的結(jié)構(gòu)表征34-36
• 3.2.2 硫氮共摻雜碳納米管成分和含量的表征36-40
• 3.3 硫氮共摻雜碳納米管的氧還原性能測(cè)試40-50
• 3.3.1 硫氮共摻雜碳納米管的循環(huán)伏安測(cè)試40-44
• 3.3.2 硫氮共摻雜碳納米管的表觀電子轉(zhuǎn)移數(shù)的測(cè)定44-48
• 3.3.3 硫氮共摻雜碳納米管的穩(wěn)定性測(cè)試48-50
• 3.4 硫氮共摻雜碳納米管的氧還原電催化機(jī)理討論50
• 3.5 結(jié)論50-52
• 第四章 磷氮共摻雜碳納米管的制備、表征及氧還原性能研究52-68
• 4.1 磷氮共摻雜碳納米管的制備52-54
• 4.1.1 磷摻雜碳納米管的制備52-53
• 4.1.2 氮摻雜碳納米管的制備53
• 4.1.3 磷氮共摻雜碳納米管的制備53-54
• 4.1.4 工作電極的制備54
• 4.2 磷氮共摻雜碳納米管的表征54-58
• 4.3 磷氮共摻雜碳納米管的氧還原性能測(cè)試58-66
• 4.3.1 單摻雜碳納米管的氧還原性能測(cè)試58-61
• 4.3.2 磷氮共摻雜碳納米管的氧還原性能測(cè)試61-66
• 4.3.2.1 不同方法制備的磷氮共摻雜碳納米管的氧還原性能測(cè)試61-65
• 4.3.2.2 單摻雜和磷氮共摻雜碳納米管的氧還原性能對(duì)比65-66
• 4.4 結(jié)論66-68
• 第五章 磺化陣列碳納米管的制備、表征及氧還原性能研究68-78
• 5.1 磺化陣列碳納米管的制備68-69
• 5.1.1 陣列碳納米管的制備68
• 5.1.2 磺化陣列碳納米管的制備68-69
• 5.1.3 磺化普通碳納米管的制備69
• 5.1.4 工作電極的制備69
• 5.2 磺化陣列碳納米管的表征69-72
• 5.2.1 磺化陣列碳納米管的結(jié)構(gòu)表征69-71
• 5.2.2 磺化陣列碳納米管成分和含量的表征71-72
• 5.3 磺化陣列碳納米管的氧還原性能測(cè)試72-76
• 5.3.1 磺化陣列碳納米管的循環(huán)伏安測(cè)試72-75
• 5.3.2 磺化陣列碳納米管的穩(wěn)定性測(cè)試75-76
• 5.4 磺化陣列碳納米管的氧還原電催化機(jī)理討論76-77
• 5.5 結(jié)論77-78
• 結(jié)論78-80
• 參考文獻(xiàn)80-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果89-90
• 致謝90-91
• 附件91

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 冉洪波,李蘭蘭,李莉,魏子棟;質(zhì)子交換膜燃料電池催化劑的研究進(jìn)展[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年04期

2 張瑜;;直接甲醇燃料電池[J];應(yīng)用化工;2009年05期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 何海燕;碳納米管的結(jié)構(gòu)缺陷與表面修飾的理論研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：非金屬摻雜與磺化碳納米管的制備、表征與氧還原電催化性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：395328