氧還原反應(yīng)（Oxygen Reduction Reaction,ORR）是燃料電池中重要的陰極反應(yīng)過程,由于氧還原反應(yīng)動力學(xué)比較遲緩,為了降低反應(yīng)能壘就需要高活性的催化劑來提高反應(yīng)速度,其中氮摻雜碳載體負載的過渡金屬催化劑（M-N-C,M指過渡金屬如Fe,Co,Mn等）是最有前途的ORR催化劑之一,但目前對提高M-N-C催化劑的催化活性位點數(shù)量和建立催化劑構(gòu)效關(guān)系仍存在挑戰(zhàn),尚缺乏深入認(rèn)識�；谝陨蠁栴},本文分別以高比表面積和高導(dǎo)電性的MOFs為碳源和氮源合成了雙金屬Mn Co-ISAs/CN催化劑以及采用低溫冷凍-熱解法制備Fe/SCN單原子催化劑,通過一系列物理表征和電化學(xué)性能測試,得到以下結(jié)果:（1）利用金屬-有機骨架（MOF）原位衍生得到錨定在碳氮材料上的Mn Co雙金屬單原子催化劑（Mn Co-ISAs/CN）。該合成方法基于Zn/Co雙金屬MOF的熱解過程,Zn原子在高溫揮發(fā)促進多孔碳結(jié)構(gòu)的形成,用于捕獲金屬離子得到Co修飾MOF碳氮骨架,再通過吸附-熱解將Mn原子吸附在空余位點上。由于揮發(fā)性Zn金屬節(jié)點的摻雜,延長了相鄰金屬離子的空間距離,有效地阻止了金屬離子在高溫?zé)峤膺^... 

【文章來源】：天津工業(yè)大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)基本結(jié)構(gòu)

第一章文獻綜述7其中E0是指標(biāo)準(zhǔn)條件下的化學(xué)勢。從機理上講，ORR可以通過2e-或4e-途徑進行。理想地，ORR應(yīng)該通過4e-途徑進行，因為2e-途徑導(dǎo)致形成穩(wěn)定的H2O2中間產(chǎn)物，這會降低催化性能。1.3PEMFC陰極氧還原催化劑研究1.3.1Pt基催化劑圖1-2Pt基催化劑結(jié)構(gòu)示意圖質(zhì)子交換膜燃料電池是有前途的可再生能源技術(shù)之一，其通過分別利用氫和氧作為燃料和氧化劑來發(fā)電。迄今為止，鉑是燃料電池的最佳催化劑。但是對于具有成本效益以及高效的燃料電池，合成低負載的鉑而不影響其性能已成為研究的必要。通過實現(xiàn)DOE的2020年低Pt負載0.125mgptcm-2和可輸送功率密度0.9-1Wcm-2的目標(biāo)，來開發(fā)PEMFC電催化劑的路線圖。為了實現(xiàn)該目標(biāo)，需要具有催化活性，高導(dǎo)電性的穩(wěn)定載體材料來負載鉑。提高所需催化劑的活性和穩(wěn)定性并最小化負載的Pt的量，對于降低用于商業(yè)用途的PEMFC的成本至關(guān)重要。致力于改善Pt基ORR催化劑的催化性能，包括開發(fā)各種具有可調(diào)尺寸和化學(xué)組成的Pt納米結(jié)構(gòu)，具有可選擇性顯示的晶體學(xué)表面的受控形狀，定制的表面應(yīng)變，表面摻雜，幾何工程以及界面工程。一般來說，長期以來難以解決的顆粒大小和形狀的影響，可以歸因于缺乏合適的方法合成的無雜質(zhì)的Pt納米顆粒，合成大小均勻，均勻分散在導(dǎo)電載體上，可以在原子和分子水平上表征。這種情況與鉑單晶形成了鮮明的對比，在過去的三十年中，鉑單晶的表面制備和表征技術(shù)已經(jīng)得到了很好的發(fā)展。另外，不像Pt單晶可以在第一個電極電位掃描中獲

第一章文獻綜述11圖1-3：A、B）分別為掃描電鏡和透射電鏡圖都顯示出Fe/Fe3C/C是直徑為400-500nm中空的球和Fe3C納米顆粒被嵌入到球體中；C、D）分別為Fe和Fe3C/C催化劑在酸性和堿性溶液中都顯示了很好的ORR催化活性和穩(wěn)定性。1.3.2.2過渡金屬氮化物電催化能量轉(zhuǎn)換被認(rèn)為是現(xiàn)代社會實現(xiàn)能量儲存和利用的最有效、最有前途的途徑之一。為了改善電催化反應(yīng)，需要特定的催化劑來降低過電位。過渡金屬氮化物具有高的催化活性和獨特的電子結(jié)構(gòu)，在尋找貴金屬催化劑的有效替代物方面引起了人們的極大興趣。在過去的幾十年里，許多氮化物基催化劑已經(jīng)被探索出能夠氧還原電催化反應(yīng)的能力。在這種情況下，過渡金屬氮化物因其在各種催化應(yīng)用中的催化性能而引起了科學(xué)家們的關(guān)注，如在加氫處理過程，近年來，過渡金屬氮化物作為一種高效的電催化劑出現(xiàn)在能源相關(guān)反應(yīng)中，如析氫反應(yīng)、析氧反應(yīng)以及氧還原反應(yīng)和甲醇氧化反應(yīng)。過渡金屬氮化物的催化活性被認(rèn)為是由于其獨特的電子結(jié)構(gòu)賦予了類貴金屬的催化行為，并保證了氮化物表面與反應(yīng)物在催化過程中的適當(dāng)吸附，設(shè)計和優(yōu)化氮化物基催化劑的主要挑戰(zhàn)是確定各種電催化反應(yīng)的活性中心，這是由于各向異性差和苛刻的高溫條件，分析活性中心的位置受到了嚴(yán)重的阻礙，導(dǎo)致的很難控制的氮化物的合成路線。因此，設(shè)計有效的合成方法，實現(xiàn)均勻、特定的氮化物納米結(jié)構(gòu)，將有助于揭示活性中心的位

【參考文獻】：
期刊論文
[1]類沸石咪唑骨架ZIF-8復(fù)合材料的研究進展[J]. 張寶幸.  精細石油化工. 2018(02)



本文編號：3428507