發(fā)布時間：2021-02-18 06:18

　　燃料電池是一種高效的能源轉(zhuǎn)化裝置,在將燃料轉(zhuǎn)化為電能的過程中可以達到60%的轉(zhuǎn)化效率,且不受卡諾循環(huán)的限制,是一種十分有前景的新型電池。由于其陰極氧還原反應(yīng)（Oxygen Reduction Reaction,ORR）具有高能量壁壘,目前采用的Pt/C催化劑無法大規(guī)模商業(yè)化,因此急需高效又經(jīng)濟的催化劑,非貴金屬碳基催化劑是一種有望替代商用Pt/C的催化劑,其成本較低,而且內(nèi)部的活性位點可以得到充分利用,此外,碳基催化劑還可以額外摻雜活性元素,例如N、S等,進一步提高其催化活性,本文以上述研究成果為宗旨,以硬模板法做為指導,以聚苯胺（PANI）核殼微球作為前驅(qū)體,合成了 Fe、Co、N三元組分共摻雜的C空心微球,通過研究它的合成過程、合成條件,得出其催化原理,并進一步測試其電化學催化活性以及在鋅空氣（Zn-Air）電池上的應(yīng)用。在本文方法中,首先合成前驅(qū)體N摻雜的空心微球（NDHC）,然后經(jīng)過ZIF-67（Zeolitic Imidazolate Frameworks,沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料）的原位生長以及高溫碳化,形成Fe/Co@NDHC微球,經(jīng)過對合成過程的研究以及表征,結(jié)果發(fā)現(xiàn)形成... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
學位論文數(shù)據(jù)集
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 燃料電池（Fuel Cell）的結(jié)構(gòu)以及工作原理
    1.3 金屬-空氣電池的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機理
    1.4 ORR催化劑機理以及概述
        1.4.1 金屬基催化劑
        1.4.2 碳基催化劑
    1.5 ORR測試相關(guān)參數(shù)
        1.5.1 起始電位與半波電位
        1.5.2 擴散電流
        1.5.3 塔菲爾（Tafel）斜率
        1.5.4 電子轉(zhuǎn)移數(shù)（n）和過氧化氫（H2O2）產(chǎn)率
    1.6 論文選題的目的和意義
    1.7 本課題的主要研究內(nèi)容
第二章 實驗部分
    2.1 實驗藥品及儀器
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 微球的制備
3O₄）顆粒的合成">        2.2.1 四氧化三鐵（Fe₃O₄）顆粒的合成
3O₄@PANI微球的合成">        2.2.2 磁性Fe₃O₄@PANI微球的合成
        2.2.3 N摻雜空心碳顆粒（NDHC）的合成
        2.2.4 Fe/Co@NDHC微粒的合成
    2.3 電化學催化劑及工作電極的制備
        2.3.1 電化學催化劑的制備
        2.3.2 電化學工作電極的制備
    2.4 鋅空氣電池的制備
    2.5 表征與測試方法
        2.5.1 紅外光譜分析（IR）
        2.5.2 透射電子顯微鏡與掃描電子顯微鏡分析（TEM and SEM）
        2.5.3 X射線衍射分析（XRD）
        2.5.4 X射線光電子能譜分析（XPS）
        2.5.5 拉曼光譜分析（Raman）
        2.5.6 X射線吸收精細測試（XAFS）
        2.5.7 密度泛函理論計算
        2.5.8 電催化性能測試
        2.5.9 電池性能測試
第三章 測試結(jié)果與討論
    3.1 SEM、TEM、HRTEM、Mapping結(jié)構(gòu)分析
    3.2 紅外光譜基團分析
    3.3 XPS與XAFS成分分析
    3.4 XRD,BET與Raman輔助表征
    3.5 本章小結(jié)
第四章 微球的電化學性能
    4.1 前言
    4.2 ORR性能
        4.2.1 不同催化劑的ORR性能
2O₂產(chǎn)率">        4.2.2 電子轉(zhuǎn)移數(shù)與H₂O₂產(chǎn)率
        4.2.3 穩(wěn)定性與耐甲醇性能
        4.2.4 活性位點的模型構(gòu)建與反應(yīng)自由能計算
    4.3 OER性能
    4.4 Fe/Co@NDHC在鋅-空氣電池中的應(yīng)用
        4.4.1 簡易鋅-空氣電池的組裝
        4.4.2 鋅空氣電池的充放電極化曲線和恒流放電曲線及其功率密度
        4.4.3 恒流充放電曲線
    4.5 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論
參考文獻
致謝
研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文
作者及導師簡介
附件


【參考文獻】：
期刊論文
[1]氮摻雜的碳材料中石墨化氮和吡啶氮對氧還原反應(yīng)的催化特性（英文）[J]. 劉京,宋平,阮明波,徐維林.  催化學報. 2016(07)



本文編號：3039154