當今社會,隨著化石能源的枯竭及環(huán)境問題的日益嚴重,轉(zhuǎn)變當前能源結(jié)構(gòu),減少環(huán)境污染,迫在眉睫。開發(fā)高效低成本的潔凈能源轉(zhuǎn)換裝置對于實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的成功轉(zhuǎn)型尤為重要。其中,電解水裝置、氫能燃料電池及金屬-空氣電池備受關注。然而,這些裝置所涉及的陰極反應,如氧還原反應,其動力學都較為緩慢。雖然采用貴金屬作為催化劑可以有效地加速這些反應進程以提高上述裝置的工作效率,但造成的高成本問題卻又嚴重制約了這些裝置的實際運用。因此,開發(fā)高活性及高穩(wěn)定性的低成本非貴金屬催化劑被認為是推進上述能源轉(zhuǎn)換裝置的產(chǎn)業(yè)化應用的關鍵。目前,具有高密度的M-N_x活性位點的金屬單原子-氮共摻雜的碳基催化劑（SAM-N/C）被認為是用于替代高成本貴金屬催化劑最具潛力的催化劑之一。然而,由于在熱解過程中金屬原子極易團聚并且非常容易被包覆在碳層之內(nèi),使得獲得SAM-N/C催化劑極具挑戰(zhàn)。因此,探索簡單低成本的SAM-N/C催化劑的制備方法是推進上述能源轉(zhuǎn)換裝置商業(yè)化應用的重要一步�；诖�,本文主要展開了以下兩個方面的工作:（1）針對Co@C結(jié)構(gòu)高溫下易生成從而阻礙金屬單原子碳基催化劑制備的問題,本章采用Co... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

納米顆粒、層狀二維材料、單原子鏈、單原子的研究進展示意圖

1緒論5載體SACs[51]、金屬合金載體SACs[52]、微孔/介孔材料（沸石等）載體SACs、MOFSACs[53]、二氧化硅載體SACs、碳基SACs[54]、有機聚合物載體SACs[55]、氮化物或碳化物載體SACs[56]等（如圖1.2）。圖1.2采用不同載體來制備單原子催化劑Fig.1.2DiversehostmaterialsthathavebeenstudiedtoprepareSACs.其中對于金屬氧化物（氫氧化物）載體SACs，由于金屬氧化物存在著各種各樣的幾何結(jié)構(gòu)和晶體形態(tài)，并且在不同化學計量的相中存在著陰離子缺陷位或陽離子缺陷位。對于金屬氧化物作為載體的SACs來說，大多通過與特定晶體位置的替換來形成與載體特定的配位作用。盡管金屬氧化物的晶體多樣性給晶體分析帶來了一些挑戰(zhàn)，但其表面提供了大量可調(diào)節(jié)的活性位點，如最近廣受關注的Pt/CeO2催化劑。金屬合金單原子（SAAs）具有兩個特點：（1）低濃度下存在越多的活性金屬，那么該金屬原子在載體上就呈現(xiàn)出越高的熱力學穩(wěn)定性。（2）取代合金原子半徑具有一定的相似性。對于實際應用中SAAs也是載體，由于金屬濃度不同及金屬原子尺寸和形貌不同可能會導致出現(xiàn)一些不同的不等價原子的存在。此外，對于碳基SACs，由于完美的碳材料表面具有化學惰性，因此只有改變

1緒論7者通過離子交換的形式占據(jù)其他陽離子的位點（如：H+、Na+等），再經(jīng)后處理嫁接到ZIF框架內(nèi)相鄰的氧中心，從而得到穩(wěn)定的碳基SACs[60,61]。如圖1.3a和圖1.3b所示，從所制備SACs的AC-STEM圖（A）中可以看出單Pt個原子均勻分散在載體表面。如圖1.3C所示，采用ZIF-8作為宿體，利用其內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)（dc=11.6）封裝Fe(acac)3，熱解過程后氮原子穩(wěn)定住了其中心的Fe原子，形成Fe-NX結(jié)構(gòu)均勻分散的SACs[62]。如圖1.3D所示，采用UiO-66-NH2作碳骨架并利用對苯二甲酸所連接的胺基團與Ru原子進行配位，可有效地抑制Ru的遷移團聚，熱處理后得到穩(wěn)定的Ru單原子碳基催化劑[63]。圖1.3空間限域策略所制備SACs的AC-STEM圖（A）及Pt單原子被錨定沸石結(jié)構(gòu)的模型（B）；（C）Fe單原子催化劑的制備方法；（D）Ru單原子UiO-66-NH2基體催化劑的生成步驟。Fig.1.3SpatialConfinementStrategyfortheSynthesisofSACsAC-STEMimages(A)andmodelofsinglePtatomslocatedinthezeoliteKLTL(B);(C)Schematicpreparationprocessofsingle-atomFecatalyst.(D)FormationprocedureofsingleUiO-66-NH2.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋅空氣電池關鍵問題與發(fā)展趨勢[J]. 洪為臣,馬洪運,趙宏博,王保國.  化工進展. 2016(06)
[2]質(zhì)子交換膜燃料電池非鉑電催化劑研究進展[J]. 聶瑤,丁煒,魏子棟.  化工學報. 2015(09)
[3]通過鐵摻雜和造孔提高氮摻雜石墨烯/碳納米管復合物電催化氧還原性能的研究（英文）[J]. 張云,胡勁松,江文杰,郭琳,魏子棟,萬立駿.  電化學. 2014(05)
[4]氧電極催化材料的研究現(xiàn)狀[J]. 魏子棟,李莉,李蘭蘭,唐致遠,郭鶴桐.  電源技術. 2004(02)



本文編號：3142909