氧還原反應(yīng)（ORR）是燃料電池陰極的核心反應(yīng)。常規(guī)的ORR動(dòng)力學(xué)緩慢,影響電池的整體性能。設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)成本低、活性高且穩(wěn)定性好的非貴金屬催化劑對(duì)于燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用意義重大。摻雜型碳基材料因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和突出的抗中毒能力,被視為最有發(fā)展前景的氧還原催化劑候選者。同時(shí),過(guò)渡金屬硫化物因其較低的成本和較高的氧催化活性,在氧還原領(lǐng)域也備受關(guān)注。本文從摻雜型碳材料和金屬硫化物出發(fā),擬采用不同的制備方法,獲得了系列具有獨(dú)特形貌、結(jié)構(gòu)和組成的氮（硫）摻雜型碳基氧還原催化劑。論文具體研究?jī)?nèi)容如下:（1）以吡咯為氮、碳源,采用模板-NH₃刻蝕法,制備刻蝕型N摻雜多孔碳材料（E-NMC-t,t表示刻蝕時(shí)間）。研究發(fā)現(xiàn),加入Si O₂和NH₃刻蝕可增大碳材料的比表面積,暴露更多的有效活性位點(diǎn)。與其它對(duì)比樣相比,E-NMC-5表現(xiàn)出優(yōu)化的形貌、結(jié)構(gòu)和組成,因而具有最佳的ORR性能。（2）分別以吡咯為氮、碳源,Fe₃O₄納米球?yàn)槟０?制備多孔核-殼Fe_1-xS/氮硫共摻... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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燃料電池的基本結(jié)構(gòu)

湖南理工學(xué)院碩士學(xué)位論文第1章3總反應(yīng)：1/2O2+2H++2e-→H2O+電能+熱能圖1-1燃料電池的基本結(jié)構(gòu)1.2.3燃料電池的分類(lèi)設(shè)計(jì)的眾多燃料電池，它們的基本原理都相似，但燃料的種類(lèi)，工作的溫度和電解質(zhì)的化學(xué)特性不同。根據(jù)這些特征可將燃料電池分為：質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），固體氧化物燃料電池（SOFC），堿性燃料電池（AFC），直接甲醇燃料電池（DMFC），磷酸燃料電池（PAFC）和熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）（圖1-2）[21]。圖1-2燃料電池類(lèi)型其中PEMFC和SOFC的應(yīng)用更廣泛。對(duì)于PEMFC，其額定功率范圍寬

湖南理工學(xué)院碩士學(xué)位論文第1章9孔M-N-C催化劑。其中，以維生素B12為前驅(qū)體，SBA-15為模板制備的Co基介孔催化劑（CNCo），比表面積達(dá)568m2/g。該催化劑同樣具有優(yōu)異的氧還原催化性能（圖1-3d）。另外，氧還原過(guò)程中的不利產(chǎn)物（如H2O2和O2-）是M-N-C催化劑值得注意的問(wèn)題。最近，Gewirth等[75]研究發(fā)現(xiàn)，氧還原催化劑中質(zhì)子傳輸?shù)膭?dòng)力學(xué)在某種程度上決定了氧還原過(guò)程中產(chǎn)物的分布（圖1.4e）。通過(guò)一種混合雙層膜來(lái)定量調(diào)節(jié)質(zhì)子向催化劑傳輸?shù)膭?dòng)力學(xué)。當(dāng)質(zhì)子載體不足時(shí)，質(zhì)子傳輸太慢，O2會(huì)被還原成O2-；當(dāng)質(zhì)子載體過(guò)量時(shí)，質(zhì)子傳輸太快，氧還原過(guò)程將進(jìn)行兩電子過(guò)程，得到H2O2（如圖）。因此，質(zhì)子和電子傳輸之間的不匹配會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生不利的產(chǎn)物，并且質(zhì)子傳輸與O-O鍵斷裂速率之間的關(guān)系確保了以H2O為產(chǎn)物的四電子途徑。圖1-3燃料電池性能：1.無(wú)金屬PANI-C,2.ANI-Co-C,3.PANI-FeCo-C(1),4.PANI-FeCo-C(2),5.PANI-Fe-C和Pt基催化劑(灰色虛線)(a)；制備的催化劑(藍(lán)色)，已報(bào)道的催化劑(紅色)和商業(yè)Pt/C(綠色)的功率密度(b)；Pod-Fe的TEM圖(c)；CNCo的TEM圖(d)；不同質(zhì)子轉(zhuǎn)移速率下組裝的電極和ORR途徑的示意圖(e)1.4.2.2過(guò)渡金屬化合物過(guò)渡金屬化合物（金屬氧化物、硫化物和氮化物等）因其儲(chǔ)量豐富，成本低廉，制備簡(jiǎn)單以及良好的氧還原催化活性，被研究者們廣泛關(guān)注。但過(guò)渡金屬化合物的導(dǎo)電性較差并且在發(fā)生氧還原過(guò)程時(shí)易團(tuán)聚，為了改善過(guò)渡金屬化合物固有的缺陷，需對(duì)過(guò)渡金屬化合物的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。Jaramillo等[76]通過(guò)電沉積法合成了錳氧化物膜。該Mn氧化物的半波電位為0.73V，在堿性溶液中比商業(yè)Pt/C負(fù)130mV。隨后，Cheng等[77]研究發(fā)現(xiàn)，MnO2在空氣或氬氣中經(jīng)過(guò)高溫處理，可使MnO2產(chǎn)生氧空位，并提升其氧催化活性。據(jù)理論計(jì)算，改

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Enhancing the stability and activity by anchoring Pt nanoparticles between the layers of etched montmorillonite for oxygen reduction reaction[J]. Wei Li,Wei Ding,Yao Nie,Xueqiang Qi,Guangping Wu,Li Li,Jianhua Liao,Siguo Chen,Zidong Wei.  Science Bulletin. 2016(18)



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