燃料電池是一類非常具有潛力的能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換系統(tǒng),然而其陰極氧還原反應(yīng)（Oxygen Reduction Reaction,ORR）的動(dòng)力學(xué)過程十分緩慢,因此需要高性能的ORR催化劑來加速陰極ORR反應(yīng)。截止目前,金屬Pt催化劑仍然是用得最廣泛的催化劑,但其高昂的成本也是限制燃料電池大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的重要原因之一。因此,開發(fā)廉價(jià)高效的ORR催化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)Pt基催化劑對(duì)燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程意義重大。當(dāng)前已得到的ORR催化材料中,碳具有較好的ORR催化活性,同時(shí)碳還具有來源廣泛、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),受到了廣泛的關(guān)注,并成為新能源領(lǐng)域中最為熱門的研究方向之一。在過去的一些年中,碳基ORR催化劑取得了巨大的進(jìn)展,但仍然無法滿足燃料電池的實(shí)際需要。本文以丙烯腈為原料,通過聚合、摻雜、熱解等過程制備不同組成的多孔摻雜類石墨烯ORR催化劑,并對(duì)它們的催化性能進(jìn)行了研究。（1）以聚丙烯腈為前驅(qū)體,以升華硫?yàn)榱蛟?以二氧化硅為模板制備具有超高比表面積（1060 m2﹒g-1）的氮、硫共摻雜的,高比表面積的均勻空心碳納米球。該催化劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的ORR催化性能、四電子催化路徑的選擇性、甲醇耐受性及穩(wěn)定性。通過分... 

【文章來源】：海南師范大學(xué)海南省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

典型以甲醇或H2為燃料的燃料電池簡易結(jié)構(gòu)及基本原理圖

圖 1-2 質(zhì)子交換膜燃料電池的原理和結(jié)構(gòu)簡圖極反應(yīng)（氫氣的氧化反應(yīng)）：H2→ 2H++ 2e-極反應(yīng)（氧氣的還原反應(yīng)）：“二電子”過程機(jī)理O2+ 4H++ 2e-→ H2O2H2O2+ 2H++ 2e-→ 2H2O直接“四電子”過程機(jī)理O2+ 4 H++ 4e-→ 2H2O反應(yīng)：1/2 O2+ H2→ H2O 堿性燃料電池性燃料電池通常以 KOH 溶液作為液體電解質(zhì)，其工作原理為：極反應(yīng)(氫氣的氧化反應(yīng))：H2+ 2OH-→ 2H2O + 2e-

圖 1-3 堿性燃料電池工作原理簡圖[6]1.3 多原子共摻雜碳基氧還原催化劑的研究進(jìn)展在 PEMFC 中，電池的陰極及陽極均需要用到金屬 Pt 作為催化劑，一方面，P金屬，儲(chǔ)量有限，價(jià)格高昂；另一方面，金屬 Pt 在使用過程中，還面臨著穩(wěn)定性易中毒等不足，這些都使得 PEMFC 難以商業(yè)化。因此，PEMFC 中的大部分 Pt 被陰極以催化 ORR。開發(fā)廉價(jià)的非貴金屬 ORR 催化劑以替代貴金屬催化劑對(duì)于PEMFC 大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用尤為重要[7-10]。sp2雜化碳材料具有豐富的離域 π 電子，有為催化反應(yīng)提供大量的電子的潛力由于碳中的離域電子比較穩(wěn)定，單純的碳具有微弱的 ORR 催化性能。在碳骨架中雜原子進(jìn)行摻雜，可以打破碳中電子的穩(wěn)定性，因而可以顯著提升碳的 ORR 性能基 ORR 催化劑在堿性燃料電池中表現(xiàn)出很高的催化活性、穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗中毒[6, 11-16][17]


本文編號(hào)：3377092