本文選題：氮摻雜介孔碳 + 氧還原反應(yīng)��； 參考：《華南理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：伴隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,人類對(duì)石油等不可再生的化石能源需求量日趨增大�；茉慈紵欧诺拇罅课矚夂蛷U渣對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,研究開發(fā)新型、高效的能量轉(zhuǎn)換裝置顯得尤為重要和迫切。燃料電池技術(shù)作為一種的清潔,可持續(xù)的能源技術(shù)能夠有效地緩解以上的問題,它可直接通過將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。由于燃料電池具有較高的轉(zhuǎn)化效率,無污染排放,同時(shí)應(yīng)用潛力巨大,這項(xiàng)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)目前受到世界范圍的研究人員的密切的關(guān)注和研究。在低溫燃料電池中,氧還原反應(yīng)(ORR)是一個(gè)核心反應(yīng),它決定了低溫燃料電池的功率和壽命。傳統(tǒng)上,金屬鉑(Pt)被認(rèn)為是具有最好ORR催化活性的催化劑。但是,由于Pt的資源有限且價(jià)格高昂,這些問題成為了阻礙燃料電池大規(guī)模市場(chǎng)化的瓶頸。Pt催化劑不僅面臨高昂的價(jià)格問題,同時(shí)也面臨著其它問題,例如,Pt納米顆粒在燃料電池處于工作狀態(tài)時(shí)穩(wěn)定性較差,容易與燃料中的甲醇和一氧化碳等有毒分子發(fā)生吸附作用,妨礙了Pt的正常催化反應(yīng)。因此迫切需要尋找一種容易制備的,低成本,高ORR催化活性的催化材料替代傳統(tǒng)的商業(yè)Pt。本論文緊密圍繞當(dāng)前燃料電池催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀,采用簡單,高效的制備方案成功地合成出一系列低成本、高催化活性的催化材料,并且系統(tǒng)研究了該材料的催化性能與材料的成分,結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。為探索新型高性能催化劑材料提供了新思路和基礎(chǔ)理論參考。本論文的主要內(nèi)容概括如下:(1)首先我們采用三明治結(jié)構(gòu)的石墨烯/導(dǎo)電碳球/石墨烯(GCG)作為載體,采用溶劑熱的方法有效地將Pt_3Ni納米顆粒沉積在GCG載體上(Pt_3Ni-C/rGO)。在0.1M高氯酸溶液中,我們對(duì)該材料進(jìn)行了電還原氧氣測(cè)試和電催化氧化甲醇測(cè)試,結(jié)果表明以三明治結(jié)構(gòu)的GCG作為載體的Pt_3Ni-C/rGO催化劑大幅度地提高了Pt納米顆粒的催化活性,其主要?dú)w因于:(Ⅰ)導(dǎo)電碳球有效地防止石墨烯間的團(tuán)聚,從而可以充分暴露負(fù)載在石墨烯表面的Pt_3Ni納米顆粒。(Ⅱ)過渡金屬鎳(Ni)摻雜能夠有效地改變Pt原子上d軌道上電子密度,從而改變氧氣分子和甲醇分子與表面的Pt原子的結(jié)合能,提高Pt原子的催化性能。(2)本工作采取熱移除納米模板法成功地制備出含有少量鐵的氮摻雜多孔碳材料。首先我們采用水熱的方法一步合成鑲嵌有大量的FeO(OH)納米晶體的聚氟苯胺納米片,然后將該聚合物納米片置于氮?dú)鈿夥障赂邷責(zé)峤?得到含有少量鐵摻雜的氮摻雜多孔碳。通過一系列的結(jié)構(gòu)表征,我們發(fā)現(xiàn)該聚合物前驅(qū)體在高溫?zé)峤庵?FeO(OH)納米晶體能夠通過一系列自發(fā)的反應(yīng)轉(zhuǎn)換成高溫下易揮發(fā)的FeCl_3或FeCl_2,該FeO(OH)納米晶體在熱解過程中扮演著熱移除的硬模板的角色,不但有效地防止了多孔碳孔道的坍塌,而且還可以在碳基體中形成了大量的介孔結(jié)構(gòu),最后該多孔碳的比表面積高達(dá)934.8m2/g。電化學(xué)分析結(jié)果揭示了該多孔碳材料具備非常優(yōu)異氧還原電催化性能,在0.1M KOH電解液中其催化活性甚至優(yōu)于商業(yè)Pt/C。該材料優(yōu)異的氧氣還原催化性能主要來源于非常大的比表面積和充分暴露的活性位點(diǎn),并且這些活性位點(diǎn)主要來源于石墨型氮,只有少量來自于鐵化合物。(3)采用一步熱解負(fù)載有大量分布均勻的非晶FeO(OH)的石墨烯/聚氟苯胺復(fù)合前驅(qū)體,其中非晶的FeO(OH)作為可熱移除的硬模板,碳化后得到產(chǎn)物為石墨烯負(fù)載的氮摻雜多孔碳(N-MC/rGO-T)。我們發(fā)現(xiàn)N-MC/rGO-T具備非常大的比表面積以及良好的氧還原電催化活性,其中在800度碳化溫度下,該樣品的極化曲線的起始電位,極限電流以及催化穩(wěn)定性,抗毒化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于商業(yè)用Pt/C。同時(shí),石墨烯的引入大幅度提高了多孔碳的穩(wěn)定性,主要?dú)w功于高導(dǎo)電、高結(jié)晶度的石墨烯作為多孔碳的基底能夠有效地提高多孔碳的結(jié)晶度,從而增強(qiáng)了多孔碳在堿性溶液中的抗腐蝕能力。
[Abstract]:Pt _ 3Ni - C / rGO catalyst is considered to be a catalyst with the best catalytic activity . The results show that the Pt _ 3Ni - C / rGO catalyst with sandwich structure can effectively prevent the agglomeration of Pt _ 3Ni nanoparticles . The results of electrochemical analysis show that the porous carbon material has very high specific surface area and high catalytic stability , and the specific surface area of the porous carbon is higher than that of commercial Pt / C . The results of electrochemical analysis show that the porous carbon material has very large specific surface area and high catalytic stability , and the oxidation resistance of the porous carbon is much better than that of commercial Pt / C .
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM911.4;O643.36

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;直接使用甲烷的新燃料電池[J];現(xiàn)代化工;2000年01期

2 ;燃料電池[J];化學(xué)工程師;2000年02期

3 徐德新,諸亦新;燃料電池的開發(fā)現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J];江蘇冶金;2000年02期

4 ;新型能源燃料電池[J];精細(xì)化工基地信息通訊;2000年06期

5 秦衛(wèi);;燃料電池的現(xiàn)狀[J];輕型汽車技術(shù);2000年06期

6 余亮;;燃料電池儲(chǔ)氫新技術(shù)[J];輕型汽車技術(shù);2000年Z1期

7 豐洋;天然氣膜法脫氮用于燃料電池[J];石油與天然氣化工;2001年02期

8 ;我研發(fā)出國際先進(jìn)水平燃料電池[J];稀有金屬;2001年04期

9 ;形形色色的鋰電池和燃料電池[J];福建輕紡;2001年06期

10 劉四華;國外燃料電池的開發(fā)與研究[J];化學(xué)工程師;2001年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 ;科學(xué)家為燃料電池開發(fā)新催化劑[A];節(jié)能減排論壇——福建省科協(xié)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)衛(wèi)星會(huì)議論文專刊[C];2008年

2 郭曉汾;張毅;;燃料電池車輛及其新進(jìn)展[A];河南省汽車工程學(xué)會(huì)第二屆科研學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2005年

3 許谷;;燃料電池——改變未來世界的新科技——燃料電池系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的研究[A];材料科學(xué)與工程技術(shù)——中國科協(xié)第三屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1998年

4 宋二虎;;電動(dòng)自行車用燃料電池的產(chǎn)業(yè)化之路[A];電動(dòng)車及新型電池學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2003年

5 于澤庭;韓吉田;;燃料電池在家庭中的應(yīng)用[A];山東省第五屆制冷空調(diào)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

6 陸天虹;張玲玲;唐亞文;高穎;;各種燃料電池在產(chǎn)業(yè)化概況[A];2006中國動(dòng)力電池高層論壇論文集[C];2006年

7 宮振華;張存滿;肖方f，

本文編號(hào)：2082267