隨著社會(huì)的發(fā)展,人類(lèi)對(duì)能源的需求與日俱增,一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的化石燃料資源日益枯竭,另一方面其所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也日益嚴(yán)峻,所以人們迫切需要開(kāi)發(fā)出高效清潔的新能源以及能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)化器件。近年來(lái)燃料電池、金屬空氣電池和超級(jí)電容器等器件吸引了廣泛科研工作者的研究和興趣,然而由于氧還原反應(yīng)遲緩的動(dòng)力學(xué)特征,迫使人們?nèi)ピO(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)良、廉價(jià)環(huán)保的催化劑材料�；诖�,本論文從來(lái)源廣泛、導(dǎo)電性好的碳材料出發(fā),設(shè)計(jì)和制備出了兩種結(jié)構(gòu)不同的性能優(yōu)良的非貴金屬碳基氧還原催化劑,本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）金屬-氮共摻雜的三維石墨烯氧還原催化劑的研究。采用自制的氧化石墨烯納米片為原料,通過(guò)研究過(guò)渡金屬Fe、Co、Ni種類(lèi)及用量、水熱反應(yīng)溫度等因素對(duì)三維石墨烯結(jié)構(gòu)與性能的影響,確定了最佳的反應(yīng)條件。為進(jìn)一步提高其氧還原催化活性,在高溫?zé)峤獾倪^(guò)程中加入雙氰胺引入新的活性位點(diǎn),并研究了熱解溫度對(duì)材料結(jié)構(gòu)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Fe/Ni比例0.02,180℃下水熱反應(yīng)10h,然后900℃下熱解2h所得到的三維石墨烯材料性能最好,在0.1 M KOH溶液中表現(xiàn)出了接近商業(yè)Pt/C的氧還原性能。（2）鐵、... 

【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：97 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１燃料電池示意圖??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???Ａ?Ｆｕｅｌ?Ｃｅｌｌ?讓?。??？?、？??——?，??Ｆｕｅｌ、＿；?丨?ｆｃｙｉＰｊ＾?°＊??（ｓｕｃｈ?ａｓ?ｍｅｔｈａｎｏｌ，??ｈｙｄｒｉｎ．）?Ｖ＾ｌ?４ｆ?Ｈ＊??Ｐｒｏｄｕｃｔｓ??Ａｎｏｄｅ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?ＣｅｆＮｃ＾ｃ，??圖１－１燃料電池示意圖??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??Ｕ．２燃料電池工作原理??氧氣還原反應(yīng)就是反應(yīng)時(shí)氧氣分子在陰極得到電子被還原的過(guò)程，當(dāng)氧氣完??全被還原時(shí)，會(huì)在堿性電解質(zhì)溶液中還原為氫氧根，在酸性電解液中還原為水。??然而有時(shí)候氧氣并未被充分還原，中間涉及多步還原過(guò)程，且每步反應(yīng)都有不同??的中間產(chǎn)物生成，而且在酸性和堿性電解質(zhì)溶液中的反應(yīng)機(jī)理也不盡相同，雖說(shuō)??如此，但在廣大科研工作者持續(xù)的研究中，己經(jīng)初步確定了氧氣還原反應(yīng)的大致??機(jī)理，如圖１－２分別為堿性和酸性溶液中的機(jī)理示意圖［ＩＷ８］。??堿性溶液條件?＼０４ｅ－）??〇２?．ｑ￣￣，??ｈｏ＊２??酸性溶液條件??＾（２ｅ＇＞?ｋ，（２ｅ￣）?１??ｈ２ｏ２??圖１＿２不同電解液中的氧還原反應(yīng)機(jī)理圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＯＲＲ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｅｄｉａ??在酸性和堿性電解液中氧還原反應(yīng)有著不同的反應(yīng)方程式［１５］：??２??

?第一章緒論???ＰｔＮｉ?＜?Ｍｏ－ＰｔＮｉ??身身??０．９?Ｖ?ＰｔＮｉ?０．９?Ｖ?Ｍｏ－ＰｔＮｉ??圖１－５在ＰｂＮｉ催化劑表面摻雜鉬后的結(jié)構(gòu)變化示意圖??Ｆｉｇ．１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ａｆｔｅｒ?ｄｏｐｉｎｇ?ｗｉｔｈ?Ｍｏ??１．２．２非貴金屬催化劑??盡管人們己經(jīng)盡可能的降低了氧還原催化劑中鉑的使用量，但是催化劑的成??本仍然較高，所以許多人將研宄方向轉(zhuǎn)移到了過(guò)渡金屬的身上，因其有與鉑相似??的表面電子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)［３２＿３５］，比如說(shuō)Ｘｕ課題組通過(guò)熱解的方法制備出了高含氮??量的非貴金屬Ｆｅ－Ｎ／Ｃ催化劑＠１，其微觀形貌如圖丨－６所示在０．１Ｍ的ＫＯＨ??溶液和０．１?Ｍ的ＨＣ１０４溶液中的氧還原性能都與商業(yè)鉑碳相差不大，而且無(wú)論??在酸性還是堿性溶液中幾乎都發(fā)生高效的四電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，在經(jīng)過(guò)１００００個(gè)循環(huán)??后極限電流密度并未發(fā)生明顯的下降與損失。??圖１－６鐵－吩嗪前驅(qū)體和Ｆ－Ｎ／Ｃ－８００催化劑的掃描電鏡以及透射電鏡圖??Ｆｉｇ．１－６?ＳＥＭ?ａｎｄ?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?Ｆｅ－ｂｉｄｐｐｚ?ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ?ａｎｄ?Ｆ－Ｎ／Ｃ－８００?ｃａｔａｌｙｓｔ??在鋅空氣電池中，氧還原和析氧催化劑的作用至關(guān)重要，通常都需要用到貴??金屬鉑釕銥等，如圖ｌ－７［３＇?Ｔａｎｇ課題組等人［３７］通過(guò)氧化石墨烯合成三維石墨烯??水凝膠時(shí)，借助聚乙烯醇作為分散劑，成功的引入了?Ｎｉ和ＭｎＯ金屬顆粒，借助??于三維石墨烯的三維結(jié)構(gòu)及良好的導(dǎo)電性，得到了催化性能良好的雙功能催化劑，??其中金屬Ｎｉ主要提高了析氧的性能，而ＭｎＯ則主

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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