鋅-空氣電池、燃料電池和水電解產(chǎn)氫等能源存儲或轉(zhuǎn)換設(shè)備及技術(shù)因具有解決能源問題的潛力而備受關(guān)注。而氧電極反應(yīng)或氫析出反應(yīng)則是這些技術(shù)的核心,本質(zhì)上,這些電化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)過程極為緩慢,從而導(dǎo)致相應(yīng)的能源設(shè)備或技術(shù)的效率低下,不足以滿足實際需求。截止目前,人們通常用鉑族貴金屬、二氧化釕或二氧化銥為催化劑,用以加大上述電化學(xué)反應(yīng)的速率。可使用成本高昂這一問題,使得貴金屬催化劑的使用不具備可持續(xù)性�；诖�,尋找性能優(yōu)異且價格低廉的催化劑便成為解決催化劑成本困境的一個主要方向。在多種非貴金屬催化劑中,非金屬碳基催化劑最能滿足成本效益要求,在對其進行結(jié)構(gòu)和成分調(diào)整之后,這類催化劑將具備優(yōu)異的電催化性能,被認為是一種極具潛力的低成本電催化劑。本論文利用簡單高效的方法,從調(diào)整碳基底的結(jié)構(gòu)和成分的角度出發(fā),合成了具有良好的催化活性的氧電極雙功能催化劑和氫析出催化劑。（1）利用聚多巴胺與活化碳布之間的靜電結(jié)合作用,制得氮氧共摻雜碳布（N,O-CC）的前驅(qū)體,通過前驅(qū)體的熱解得到富含N、O雜原子、孔洞和缺陷的氮氧共摻雜碳布（N,O-CC）。電化學(xué)測試結(jié)果表明,經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到的N,O-CC在堿性電解液中顯示... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１典型的鋅－空氣電池結(jié)構(gòu)［１９］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａ?ｔｙｐｉｃａｌ?Ｚｎ－ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ［１９］．??

?北京化工大學(xué)碩士研宂生學(xué)位論文???１．３電解水制氫??雖然，氫氣（Ｈ２）已是一種被廣泛認可的優(yōu)質(zhì)能源。但當(dāng)前，氫氣主要來??自天然氣和／或甲醇在高溫下的蒸汽重整此外，很難通過消除重整過程中的??一氧化碳來純化所獲得的氫氣，并且在電化學(xué)能量裝置使用氫氣時，所含的一??氧化碳將會損害其中的電催化劑，特別是貴金屬的電催化劑。??電解水主要是利用各種能源，如風(fēng)能、水能、太陽能等產(chǎn)生的電能使水分??解，利用這種方式產(chǎn)氫被認為是替代化石燃料燃燒的清潔、有效和可持續(xù)的策??略。因為在整個循環(huán)中，水既是唯一的反應(yīng)物，又是副產(chǎn)物。Ｈ２燃燒便能釋放??能量，并再生成水。因此，它被認為是“核心清潔能源技術(shù)”?［２（）］。??１．３．１電解水制氫原理??酸性條件下，電解水產(chǎn)生氧氣和氫氣的過程如圖１－２所示，該過程與氫氧??燃料電池反應(yīng)的逆過程一樣，具體反應(yīng)如下［２〃２］：??氧析出反應(yīng)：２Ｈ２０?＋?４ｅ－?—?４Ｈ＋?＋?０２?（１－９）??氫析出反應(yīng)：４Ｈ＋?＋?４ｅ－?—?２Ｈ２?（１－１０）??總反應(yīng)為：２Ｈ２０?—?２Ｈ２?＋?〇２?（１－１１）??Ｃａｔｈｏｄｅ?Ｌ?Ｊ?Ａｎｏｄｅ??，４?ｋｆ??Ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｓｅｐａｒａｔｏｒ??圖１－２電解水示意圖［２３］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ１２３＾??在電解水的過程中，氫析出和氧析出的動力學(xué)過程非常緩慢，是電能損耗??的主要原因。在電極表面施加催化劑或者直接使用催化劑為電極，能夠促進電??極反應(yīng)，提高電解水產(chǎn)氫的效率。??４??

Ｓ－ＣＮＳ），將聚合得到的氨基狐進行熱解之后得到這種材料。Ｐ，Ｓ－ＣＮＳ??具有很高的雙功能催化活性、穩(wěn)定性以及優(yōu)異的鋅－空氣電池充放電性能。他們??的工作為開發(fā)非金屬雙功能催化劑提供了一種有效的途徑。使得非金屬高分子??和含碳物質(zhì)制成的催化劑替代貴金屬催化劑成為可能。??１．４．３．２電催化析ｆｔ反應(yīng)的催化劑??由析氫反應(yīng)的機理可知，催化劑的氫吸附能力是影響其活性的決定性因素。??經(jīng)過多年的研究和總結(jié)，人們發(fā)現(xiàn)析氫反應(yīng)交換電流與金屬的氫吸附吉布斯自??由能（ＡＧｈ）之間的關(guān)系，由圖１－５可知，曲線呈現(xiàn)出火山型。貴金屬怕（Ｐｔ）、??鈀（Ｐｄ）、銣（Ｒｈ）是最好的金屬ＨＥＲ催化劑。但是，基于成本效益原則，人??們開發(fā)了過渡金屬和非金屬這兩類ＨＥＲ催化劑。??－１?－Ｉ???ｆ?＊３－?Ｒｅ＊??卜??＾?－５－?＼?＼?〇Ａ??ｇ＞?－６－?＾?Ｃ７?Ｃｕ＼??Ｊ?－７－?＇?Ｍ?？／?＼?８Ａｕ（１１１）??■８?Ｉ?．?ｉ?■?／?＼?Ｉ?ｉ?．??－０．６?－０．４?－０．２?０．０?０．２?０．４?０．６??／?（ｅＶ）??圖１－５各種純金屬的交換電流密度與金屬－氫鍵的氫吸附能（ＡＧＨ）的關(guān)系［７４］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５．?Ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ??ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ?（ＡＧＨ）?ｏｆ?ｍｅｔａｌ－ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｂｏｎｄｓ?ｆｏｒ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐｕｒｅ?ｍｅｔａｌｓＩ７４ｌ??ｉ）貴金屬類??怕（Ｐｔ）是目前最好的ＨＥＲ催化劑，在酸性條件下，其析氫過電勢為〇［７５］。??但是它

【參考文獻】：
期刊論文
[1]可充電鋅空氣電池的雙功能電催化劑（英文）[J]. 郭一博,陳亞楠,崔會娟,周震.  Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)
[2]電催化析氧反應(yīng)過渡金屬磷化物和硫化物催化劑研究進展（英文）[J]. 彭立山,SyedShoaib Ahmad Shah,魏子棟.  催化學(xué)報. 2018(10)

碩士論文
[1]基于非貴金屬摻雜的碳基氧還原催化劑及能源器件的應(yīng)用研究[D]. 朱磊峰.北京化工大學(xué) 2019
[2]4H-SiC（0001）表面缺陷結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)理論研究[D]. 邵楨威.江蘇大學(xué) 2016



本文編號：3017088