氫燃料電池以氫氣作為燃料,不僅能量密度高,而且可真正做到零污染,因而被認為是理想的便攜式能源裝置之一。近年來,針對氫燃料電池的研究雖然取得了較大的進展,但要真正實際應(yīng)用仍然面臨著眾多挑戰(zhàn),其中,氫源問題和成本問題是制約其應(yīng)用的最主要因素。目前,對氫源來說,最佳的制氫方式是電解水,但該方式嚴重受制于陽極氧析出反應(yīng)的高過電位;此外,相比陽極氫氣的氧化,陰極氧還原反應(yīng)的動力學(xué)過程非常緩慢,為匹配陽極反應(yīng),當(dāng)前必須使用貴金屬鉑作為催化劑,從而加重了燃料電池的成本。顯然,要克服上述兩個瓶頸問題,關(guān)鍵在于尋找高效價廉的氧電極催化劑。近年來,雖然許多潛在的催化劑已被研究報導(dǎo),但它們離燃料電池商業(yè)化的要求標準（譬如:活性、穩(wěn)定性、制備成本等）仍然還有著一定的距離。因此,進一步優(yōu)化或開發(fā)高效的氧電極催化劑依然十分必要。本論文的研究正是圍繞燃料電池氧電極催化劑這一挑戰(zhàn)性課題而開展,重點探索了利用配位策略來實現(xiàn)對高效氧電極催化劑的設(shè)計制備及優(yōu)化,具體研究內(nèi)容及取得的進展概述如下:1.類框架配位化合物具有高度有序的結(jié)構(gòu)、大的可接觸比表面積和易于調(diào)節(jié)的活性金屬中心,是一類非常潛在的高效催化劑材料。本論文首先以預(yù)... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 氫燃料電池概述
        1.2.1 氫燃料電池的發(fā)展歷史
        1.2.2 氫燃料電池的工作原理
        1.2.3 氫燃料電池的應(yīng)用挑戰(zhàn)
    1.3 氧析出反應(yīng)(OER)
        1.3.1 OER的電催化原理
        1.3.2 OER催化劑的性能評估標準
            1.3.2.1 過電勢
            1.3.2.2 交換電流密度
            1.3.2.3 Tafel斜率
        1.3.3 OER催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀
            1.3.3.1 應(yīng)用于OER的貴金屬催化劑
            1.3.3.2 應(yīng)用于OER的非貴金屬催化劑
        1.3.4 OER催化劑的挑戰(zhàn)
    1.4 氧還原反應(yīng)(ORR)
        1.4.1 ORR的電催化原理
        1.4.2 ORR催化劑的性能評估標準
            1.4.2.1 起始電位和半波電位
            1.4.2.2 動力學(xué)電流密度
            1.4.2.3 轉(zhuǎn)移電子數(shù)
        1.4.3 ORR催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀
            1.4.3.1 應(yīng)用于ORR的貴金屬催化劑
            1.4.3.2 應(yīng)用于ORR的非貴金屬催化劑
            1.4.3.3 應(yīng)用于ORR的非金屬催化劑
        1.4.4 ORR催化劑的挑戰(zhàn)
    1.5 本論文選題依據(jù)和主要研究思路
第二章 實驗方法
    2.1 引言
    2.2 主要實驗材料及設(shè)備
    2.3 材料的組成結(jié)構(gòu)及微觀形貌表征
        2.3.1 X射線衍射儀(XRD)
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.4 X射線光電子能譜(XPS)
        2.3.5 拉曼光譜儀(Raman)
        2.3.6 紅外光譜儀(FT-IR)
        2.3.7 全自動多功能氣體吸附儀(BET)
    2.4 材料的電催化性能測試
        2.4.1 測試電極的制備
        2.4.2 循環(huán)伏安法(CV)
        2.4.3 線性掃描測試(LSV)
        2.4.4 穩(wěn)定性測試
第三章 限域熱處理的類普魯士藍用于氧析出反應(yīng)的研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 粉末NiFe~(II)-PBA的制備及熱處理
        3.2.2 限域熱處理的NiFe~(II)-PBA催化劑的制備
        3.2.3 限域熱處理的NiFe~(II)-PBA催化劑的微觀形貌和結(jié)構(gòu)表征
        3.2.4 限域熱處理的NiFe~(II)-PBA催化劑的催化性能測試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 限域熱處理的NiFe~(II)-PBA催化劑的組成分析
            3.3.1.1 XRD和Raman分析
            3.3.1.2 XPS分析
        3.3.2 限域熱處理的NiFe~(II)-PBA催化劑的微觀形貌分析
            3.3.2.1 SEM和TEM分析
            3.3.2.2 BET分析
        3.3.3 限域熱處理的NiFe~(II)-PBA催化劑的電催化性能分析
            3.3.3.1 催化活性分析
            3.3.3.2 穩(wěn)定性分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 雞蛋膜衍生的雙金屬摻雜的多孔碳纖維用于氧還原反應(yīng)的研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 雙金屬摻雜的多孔碳纖維催化劑的制備
        4.2.2 雙金屬摻雜的多孔碳纖維催化劑的微觀形貌及結(jié)構(gòu)表征
        4.2.3 雙金屬摻雜的多孔碳纖維催化劑的催化性能測試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 FT-IR和XRD分析
        4.3.2 XPS分析
        4.3.3 SEM和TEM分析
        4.3.4 電催化性能分析
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    結(jié)論
    展望
參考文獻
攻讀博士/碩士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻】：
期刊論文
[1]氫燃料電池的研究進展[J]. 胡慶松.  汽車實用技術(shù). 2017(21)
[2]中國能源研究會發(fā)布《中國能源發(fā)展報告2016》[J]. 本刊訊.  電力與能源. 2016(05)
[3]質(zhì)子交換膜燃料電池研究現(xiàn)狀[J]. 聶明,張連營,李慶,何璧.  表面技術(shù). 2012(03)
[4]質(zhì)子交換膜燃料電池的研究進展[J]. 朱紅,許韻華,李戰(zhàn)國.  北方交通大學(xué)學(xué)報. 2003(06)
[5]加快燃料電池產(chǎn)業(yè)化進程的建議[J]. 沈培康.  電池. 2002(03)

博士論文
[1]質(zhì)子交換膜燃料電池非貴金屬陰極催化劑的制備及性能研究[D]. 林玲.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017

碩士論文
[1]碳基非貴金屬氧還原催化劑的制備及其性能研究[D]. 王曉涵.青島大學(xué) 2016



本文編號：3196444