近年來,能源危機(jī)、環(huán)境污染和全球性氣候變暖問題越來越嚴(yán)峻,尋找可替代清潔、高效、可再生能源迫在眉睫。燃料電池作為新型能源受到科研人員的深入研究,然而稀有貴金屬Pt基催化劑限制它的廣泛應(yīng)用,而過渡金屬化合物以高度類似Pt族金屬被廣泛研究。因此,本論文以富含過渡金屬的POMs和MOFs為前軀體,設(shè)計(jì)合成了一系列過渡金屬基復(fù)合材料并深入研究其電化學(xué)氧還原性能。主要工作包括以下三個(gè)方面:(1)以磷鉬酸(H_3PMo_(12)O_(40)·xH_2O,PMo_(12))為前軀體,通過靜電紡絲法制備出PMo_(12)@PAN/PMMA纖維,然后經(jīng)過在氮?dú)夥諊辛蚧玫桨苍诘獡诫s多孔碳纖維中的MoS_2(MoS_2@N-PCFs)。此外,通過調(diào)整PAN/PMMA質(zhì)量比和硫化溫度發(fā)現(xiàn),當(dāng)PAN/PMMA質(zhì)量比為1:1、硫化溫度為800℃得到的MoS_2@N-PCF-2表現(xiàn)出最好的ORR性能。(2)以NENU-5為前驅(qū)體,通過靜電紡絲法制備出NENU-5@PAN/PMMA纖維,通過在氮?dú)庵辛蚧玫桨苍诘獡诫s多孔碳纖維中的Cu_(1.96)S/Cu_9S_5/MoS_2(Cu_(1.96)S/Cu_9S_5/MoS_2@N-PCFs)。同時(shí),通過對(duì)比以不同前軀體制備的Cu_(1.96)S/Cu_9S_5@N-PCFs、MoS_2@N-PCFs和Cu_(1.96)S/Cu_9S_5,考察催化劑的不同組分和一維纖維結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑ORR性能的影響。另外,也考察了不同硫化溫度對(duì)Cu_(1.96)S/Cu_9S_5/MoS_2@N-PCFs電催化性能的影響。結(jié)果表明,800℃硫化得到的Cu_(1.96)S/Cu_9S_5/MoS_2@N-PCF-2表現(xiàn)出最好的ORR活性,不僅優(yōu)于在700℃和900℃硫化所得材料,而且優(yōu)于其他三種前軀體所得催化劑,說明Cu_(1.96)S/Cu_9S_5/MoS_2@N-PCF-2優(yōu)異的ORR性能是Cu_(1.96)S/Cu_9S_5、MoS_2和氮摻雜多孔碳纖維共同作用的結(jié)果。(3)以Zn_xCo_(1-x)-ZIFs為前驅(qū)體,通過靜電紡絲法制備Zn_xCo_(1-x)-ZIF@PAN纖維,經(jīng)過碳化得到包裹均勻Co納米顆粒的氮摻雜多孔碳纖維(Co@N-PCFs)。此外,通過精確控制Zn_xCo_(1-x)-ZIFs前驅(qū)體中Zn/Co摩爾比例和纖維的碳化溫度,以Co@N-PCF-3為代表的催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR活性,除了起始電位略低于商業(yè)Pt/C,半波電位、極限電流、穩(wěn)定性和耐甲醇性都優(yōu)于商業(yè)Pt/C。通過XRD、TEM、N_2吸附-脫附曲線、Raman、XPS等表征手段輔助證明了Co@N-PCF-3優(yōu)異的ORR性能是介孔結(jié)構(gòu)、1D纖維結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、較高的石墨化程度、豐富的Co-N_x活性位點(diǎn)以及較高含量的石墨N和吡啶N以及優(yōu)越的電子和質(zhì)子傳導(dǎo)性等協(xié)同作用的結(jié)果。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ340.64;TQ426;TM911.4
【部分圖文】：

同軸靜電紡絲裝置示意圖；納米線@納米管結(jié)構(gòu)的(b) SEM 圖和(c) TE通道數(shù)從 2 到 5 的多通道管的 SEM 圖[32]。于靜電紡絲的研究興趣已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室制造轉(zhuǎn)移到應(yīng)用。靜電如較高的比表面積、高孔隙率、卓越的機(jī)械強(qiáng)度和 較大的長徑，使靜電紡纖維在生物醫(yī)學(xué)[36]、傳感器[37, 38]、能量存儲(chǔ)[39, 40]、工程學(xué)[44, 45]等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用（見圖 1.2）。

催化劑表現(xiàn)出高于塊狀 WO36.6 倍的 HER 活性，且在 100 個(gè)循環(huán)內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。Wu et al.[52]通過靜電紡絲法制備的多孔非貴金屬鐵碳基納米纖維催化劑表現(xiàn)出與商業(yè) Pt 基催化劑相當(dāng)?shù)?ORR 催化活性，在 Li-O2無質(zhì)子環(huán)境中表現(xiàn)出比玻碳和 Pt 盤電極更高的起始電位。近兩年，通過靜電紡絲法制備的各種各樣的催化劑層出不窮[53-57]，因此研究有新意且性能優(yōu)異的靜電紡纖維催化劑是迫切需要的。1.2 POMs 的研究進(jìn)展多金屬氧酸鹽（POMs）是近兩個(gè)世紀(jì)以來令化學(xué)家著迷的一類由氧原子橋接 d0 過渡金屬原子（鎢(W)、鉬(Mo)和釩（V）等）得到的金屬-氧簇化合物。更確切地說，是由橋聯(lián)氧基配體（O2-）的最高氧化態(tài)的金屬離子組成。如圖 1.3[58]為用多面體表示的一些基本 POM 結(jié)構(gòu)，POMs 結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)多樣性、優(yōu)異的氧化還原性能、良好的電子和質(zhì)子傳導(dǎo)存儲(chǔ)性能、熱穩(wěn)定性高、易溶于水等特點(diǎn)，且 POMs 材料具有成本低、兼容性強(qiáng)、效率高等特性。近年來，基于 POM 吸引人的性質(zhì)，在催化[59]、電分析化學(xué)、材料科學(xué)[60]、廢水處理[61]和醫(yī)學(xué)[62, 63]等領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛發(fā)展。

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文n2(H2O)2-(ZnW9O34)2]用于析氧電催化劑。最近，許多工作將多酸與各種碳各種電催化劑，如蘭亞乾課題組以多酸/石墨烯為原料制備了一系列的過渡劑用于析氫[66]、析氧[67]和氧還原[68]，Lee 等人[69]通過靜電自發(fā)結(jié)合將 C雜碳納米管（NCNTs）制備出一種新型復(fù)合材料——Co4POM/N-CNTs（合結(jié)構(gòu)在中性條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的 OER 催化性能，過電位為 η 為 0.370 V 203 mV dec-1、TOF 為 0.211s-1，這是由于多酸的技術(shù)電催化位點(diǎn)的暴露使o4POM/N-CNTs 界面處轉(zhuǎn)移。這些文獻(xiàn)的報(bào)道，為電催化劑的制備又開辟。
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉福紅;張麗萍;李秋玉;丁艷;;靜電紡絲法制備玉米淀粉糖納米纖維簡介[J];同行;2016年15期

2 高曉麗;王志文;;靜電紡絲法制備氮化鎵納米管[J];廣州化工;2014年07期

3 喬江;王兵;蔣亞楠;盧坤;喬秀文;;靜電紡絲法制備超疏水聚氯乙烯膜工藝研究[J];石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年02期

4 王巍;張軻楠;;靜電紡絲法制備介孔TiO_2納米纖維[J];化工管理;2016年35期

5 小形信男;劉庭輔;;熔融靜電紡絲法介紹[J];合成纖維;2008年08期

6 蔡以兵;孫桂巖;劉盟盟;王錦鵬;魏取福;劉偉;;定形相變復(fù)合材料的研究進(jìn)展——靜電紡絲法[J];高分子通報(bào);2015年02期

7 季文玲;魏恒勇;崔燚;魏穎娜;卜景龍;張紅燕;王鵬;李慧;苗壯;;靜電紡絲法制備鋯酸鑭超細(xì)纖維[J];耐火材料;2016年06期

8 王磊;張立群;田明;;靜電紡絲聚合物纖維的研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2009年02期

9 王夢(mèng)奇;吳慧楠;張立紅;王仁穎;邱煜;付慧;杜輝;;靜電紡絲法制備二硫化鉬/炭復(fù)合纖維[J];山東化工;2018年21期

10 李欣;孟家光;門明峰;;靜電紡絲法制備聚乙烯醇-纖維素納米纖維膜[J];合成纖維;2017年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 姚永毅;靜電紡絲法制備聚合物納米纖維及其應(yīng)用[D];四川大學(xué);2004年

2 周險(xiǎn)峰;靜電紡絲法制備ABO_3型鈣鈦礦復(fù)合氧化物微納米纖維[D];吉林大學(xué);2007年

3 王海鷹;高壓靜電紡絲法構(gòu)筑功能一維納米材料并研究其性質(zhì)[D];吉林大學(xué);2008年

4 劉夢(mèng)竹;靜電紡絲法制備微納米過渡金屬氧化物及其性能研究[D];吉林大學(xué);2015年

5 馬垚;靜電紡絲法制備胺基納米纖維材料及其水處理應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2016年

6 王帥;靜電紡絲法制備功能性超疏水材料[D];吉林大學(xué);2013年

7 李霜;硼酸鹽一維納米結(jié)構(gòu)材料的靜電紡絲法制備與結(jié)構(gòu)表征[D];吉林大學(xué);2010年

8 趙海濤;基于靜電紡絲法對(duì)多孔碳纖維及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與電化學(xué)性能的研究[D];蘭州大學(xué);2017年

9 王嫦君;干眼癥緩釋淚道栓設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及其相關(guān)性能初步研究[D];浙江大學(xué);2011年

10 徐琳;靜電紡絲法制備一維氧化物納米材料及其傳感和發(fā)光性質(zhì)的研究[D];吉林大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李云紅;Heusler合金X_2YZ（X,Y=Fe,Co;Z=Al,Ga）的靜電紡絲法制備及性能研究[D];蘭州大學(xué);2017年

2 王開娟;同軸靜電紡絲法制備ICA-SF/PLCL納米纖維膜及體外成骨研究[D];蘭州大學(xué);2017年

3 寧培功;靜電紡絲法制備一維納米材料及其性能的研究[D];廈門大學(xué);2017年

4 干正強(qiáng);靜電紡絲法制備一維金屬復(fù)合氧化物納米材料及其氣敏性研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2018年

5 張金玉;靜電紡絲法制備光功能化的SiO_2復(fù)合氧化物纖維及其應(yīng)用研究[D];河北大學(xué);2018年

6 夏書會(huì);靜電紡絲法制備聚乙烯醇/二氧化硅復(fù)合纖維與性能研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2018年

7 顏佳駿;鋰離子正極三元材料的制備及其軟包池的充放電行為研究[D];大連理工大學(xué);2018年

8 毛振威;靜電紡絲法制備高性能過渡金屬氧化物及碳基材料儲(chǔ)鈉負(fù)極的研究[D];華中科技大學(xué);2017年

9 唐茜;二氧化鈦基復(fù)合纖維的制備及其性能研究[D];江蘇大學(xué);2018年

10 白青;靜電紡絲法制備POMs基、MOFs基復(fù)合材料電催化劑[D];東南大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2855544