燃料電池（Fuel cell,FC）具有清潔高效無污染的特點,是理想的能源轉換技術,然而其陰極氧還原動力學過程緩慢,一般需要使用資源稀少、價格昂貴的鉑催化劑,這導致燃料電池成本急劇增加,阻礙了其商業(yè)化應用。近年來,用于替代鉑的非貴金屬催化劑在用于燃料電池電催化氧還原領域展現(xiàn)出了巨大潛力,但是目前絕大多數(shù)非貴金屬催化劑制備過程繁瑣、流程冗長、耗時耗力且污染環(huán)境,且活性和穩(wěn)定性差,無法達到商業(yè)化標準。因此,通過簡單方法制備催化活性和穩(wěn)定性好的非貴金屬催化劑具有重要的理論和應用價值。本論文從儲量豐富的鐵和碳源出發(fā),探索了合成簡單、活性高、穩(wěn)定性好的鐵氮摻雜碳材料的制備過程,并通過離子液體表面修飾,進一步提升催化劑的氧還原催化活性和穩(wěn)定性,為后續(xù)非貴金屬氧還原催化和燃料電池應用的研究提供了重要的實驗參考和理論支撐。本論文首先從硫酸和對苯二胺進行中和反應生成的質子酸鹽[pPDA][2HSO₄]出發(fā),通過高溫碳化一步法合成孔徑為10 nm的多孔碳材料,并引入大量含氧官能團增加親水性。再將其水溶液與硫酸亞鐵七水合物混合并高溫碳化,制備得到鐵氮摻雜碳催化劑,并通過多種表征研究其結... 

【文章來源】：湖南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 燃料電池
        1.2.1 燃料電池的分類
        1.2.2 燃料電池的結構和原理
        1.2.3 燃料電池的優(yōu)點
        1.2.4 現(xiàn)階段面臨的問題
        1.2.5 氧還原反應（ORR）
        1.2.6 催化劑的研究現(xiàn)狀
    1.3 選題背景和主要研究內容
第2章 實驗材料與表征手段
    2.1 實驗主要試劑及儀器
        2.1.1 實驗材料與試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 材料表征
        2.2.1 傅里葉紅外光譜
        2.2.2 熱重分析
        2.2.3 差示掃描量熱分析
        2.2.4 穆斯堡爾譜
        2.2.5 比表面分析儀
        2.2.6 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
        2.2.7 X射線粉末衍射
        2.2.8 X射線光電子能譜
        2.2.9 掃描電子顯微鏡
        2.2.10 透射電子顯微鏡
        2.2.11 拉曼光譜
    2.3 電化學研究
        2.3.1 工作電極制備
        2.3.2 電化學性能表征
第3章 質子酸鹽制備鐵氮摻雜碳基催化劑及其電催化氧還原性能的研究
    3.1 緒論
    3.2 實驗部分
        3.2.1 催化劑制備
        3.2.2 材料表征
        3.2.3 電極制備和電化學表征
        3.2.4 結果與討論
    3.3 本章小結
第4章 納米限域離子液體提升單原子鐵氮摻雜碳基催化劑的氧還原催化性能
    4.1 緒論
    4.2 實驗部分
        4.2.1 催化劑的制備
        4.2.2 催化劑的物化表征
        4.2.3 催化劑的電極制備及電化學表征
        4.2.4 結果與討論
    4.3 本章小結
結論
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄


【參考文獻】：
期刊論文
[1]陰離子膜燃料電池碳基氧還原催化劑研究進展[J]. 孫天航,王曉曄,黃乃寶,梁成浩.  大連海事大學學報. 2016(03)
[2]多孔碳質材料在氧還原電催化中的應用[J]. 楊慧聰,梁驥,王振興,安百鋼,李峰.  新型炭材料. 2016(03)
[3]氮摻雜對碳材料性能的影響研究進展[J]. 張德懿,雷龍艷,尚永花.  化工進展. 2016(03)
[4]生物質基碳材料作為氧還原反應催化劑的研究進展[J]. 高書燕,蘇景振.  化學通報. 2015(08)
[5]燃料電池非鉑基氧還原電催化劑的最新研究進展[J]. 宋平,阮明波,劉京,冉光鈞,徐維林.  電化學. 2015(02)
[6]碳材料的摻雜改性及其用于燃料電池催化劑的研究[J]. 鄭銳萍,廖世軍.  表面技術. 2015(01)
[7]雜原子摻碳材料氧還原催化劑研究進展[J]. 丁煒,張雪,李莉,魏子棟.  電化學. 2014(05)



本文編號：3046088