發(fā)布時間：2022-10-20 18:46

　　目前,人類賴以生存的傳統(tǒng)化石燃料正在被飛速的消耗,帶來了溫室效應(yīng)、酸雨、霧霾等環(huán)境問題。全世界在面對能源危機(jī)和環(huán)境污染這兩大難題時達(dá)成了普遍的共識,要全力開發(fā)綠色清潔能源。燃料電池、金屬-空氣電池是現(xiàn)今最有發(fā)展前景的清潔能源轉(zhuǎn)換設(shè)備,其獲得商業(yè)化應(yīng)用是緩解當(dāng)前難題的有效方式之一。目前,貴金屬及其氧化物均為使用率最高且最為廣泛的電催化劑。但是由于貴金屬資源匱乏,成本昂貴且穩(wěn)定性較差,不適用于大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。過渡金屬摻雜的碳基電催化劑因其具有更好的穩(wěn)定性和抗甲醇中毒效應(yīng)[1,2]逐漸成為研究人員的主要研究方向,開發(fā)一種新型成本低廉且高效的非貴金屬電催化劑并促進(jìn)可再生能源技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為全世界共同面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本論文的基本目標(biāo)在于研究探索電催化領(lǐng)域的重點科學(xué)問題,通過調(diào)控過渡金屬的摻雜方式,制備了兩種性能優(yōu)異的過渡金屬氧還原催化劑,且為設(shè)計和制備結(jié)構(gòu)合理的過渡金屬碳基電催化劑提供了新的思路。主要研究內(nèi)容如下:一、機(jī)械化學(xué)法制備高性能鐵摻雜碳基氧還原催化劑。利用機(jī)械球磨法一步合成含F(xiàn)e的ZIF-8和氯化鈉的混合前驅(qū)體,經(jīng)過高溫碳化制備了一種富含邊緣的三維片狀多孔氧還原催化劑（3D-S... 

【文章頁數(shù)】：103 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 金屬-空氣電池
        1.2.1 金屬-空氣電池的概述及發(fā)展歷程
        1.2.2 鋅-空氣電池
            1.2.2.1 鋅-空氣電池的原理
            1.2.2.2 鋅-空氣電池的發(fā)展展望和挑戰(zhàn)
    1.3 燃料電池
        1.3.1 燃料電池的概述及發(fā)展歷程
        1.3.2 燃料電池的分類和性能
            1.3.2.1 燃料電池分類
            1.3.2.2 燃料電池性能
        1.3.3 燃料電池的發(fā)展展望和挑戰(zhàn)
    1.4 氧還原電催化
        1.4.1 氧還原(ORR)催化劑概述
        1.4.2 貴金屬氧還原催化劑(PMCs)
        1.4.3 非貴金屬氧還原催化劑(NPMCs)
            1.4.3.1 過渡金屬碳基氧還原催化劑
            1.4.3.2 無金屬碳基氧還原催化劑(CMFCs)
    1.5 本論文的選題意義和主要研究內(nèi)容
第二章 實驗部分與表征
    2.1 實驗試劑與儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 實驗表征
        2.2.1 催化劑理化性質(zhì)表征
            2.2.1.1 掃描電子顯微鏡(SEM)形貌表征
            2.2.1.2 透射電子顯微鏡(TEM)及高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)形貌表征
            2.2.1.3 原子力顯微鏡(AFM)形貌表征
            2.2.1.4 X射線衍射(XRD)表征
            2.2.1.5 拉曼光譜(Raman)表征
            2.2.1.6 比表面積(BET)和孔隙分析表征
            2.2.1.7 X射線光電子能譜(XPS)表征
        2.2.2 催化劑電化學(xué)性能表征
            2.2.2.1 工作電極測試的準(zhǔn)備工作
            2.2.2.2 循環(huán)伏安法(CV)測試
            2.2.2.3 線性掃描伏安法(LSV)測試
            2.2.2.4 旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極(RRDE)測試
            2.2.2.5 抗甲醇毒性測試
            2.2.2.6 穩(wěn)定性測試
        2.2.3 能源器件電化學(xué)性能表征
            2.2.3.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝與測試
            2.2.3.2 鋅-空氣電池組裝與測試
第三章 機(jī)械化學(xué)法制備高性能鐵摻雜氧還原催化劑及其在能源器件中的應(yīng)用
    3.1 引言
    3.2 材料的制備
        3.2.1 三維片狀結(jié)構(gòu)單原子催化劑(3D-SAFe-NC)的制備過程
        3.2.2 其他催化劑的制備過程
    3.3 實驗結(jié)果與討論
        3.3.1 材料的結(jié)構(gòu)表征與討論
        3.3.2 材料的電化學(xué)性能表征與討論
    3.4 結(jié)論
第四章 超分子自組裝法制備鐵摻雜碳基氧還原催化劑及其應(yīng)用
    4.1 引言
    4.2 材料的制備
        4.2.1 超分子的制備
        4.2.2 鐵摻雜超分子的制備
        4.2.3 氧還原催化劑NPC及NPC-Fe_x的制備
    4.3 實驗結(jié)果與討論
        4.3.1 材料的結(jié)構(gòu)表征與討論
        4.3.2 材料的電化學(xué)性能表征與討論
    4.4 結(jié)論
第五章 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者及導(dǎo)師簡介
附件


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬空氣電池的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 許艷芳,鄭克文.  艦船科學(xué)技術(shù). 2003(01)
[2]燃料電池電動汽車的技術(shù)難關(guān)和發(fā)展前景[J]. 陳全世,齊占寧.  汽車工程. 2001(06)
[3]金屬空氣電池技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 馮晶,陳敬超,肖冰.  材料導(dǎo)報. 2005(10)
[4]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)
[5]金屬空氣電池技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 溫術(shù)來,李向紅,孫亮,趙寰宇,范家斌.  電源技術(shù). 2019(12)



本文編號：3695107