日趨嚴(yán)重的能源枯竭及環(huán)境惡化,推動著新型環(huán)保儲能技術(shù)的不斷革新。燃料電池由于具有優(yōu)異的可持續(xù)性、能效、環(huán)境友好性,被認(rèn)為是解決能源及環(huán)境危機的重要電化學(xué)裝置之一。但燃料電池的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用,受到貴金屬鉑資源緊缺、價格高昂、耐久性差等問題的嚴(yán)重限制。碳納米材料,因為其自身微觀形貌可控、導(dǎo)電性優(yōu)異、化學(xué)穩(wěn)定性出色、并且一般具有很好的孔道結(jié)構(gòu),因而可用作新型燃料電池電催化劑。而對碳納米材料的性能優(yōu)化主要通過結(jié)構(gòu)形貌構(gòu)筑、異質(zhì)原子摻雜及缺陷工程調(diào)控等手段進(jìn)行。本文中通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,對碳材料的缺陷度及異質(zhì)原子摻雜等進(jìn)行調(diào)控,從理論與實驗的角度對富缺陷異質(zhì)原子摻雜碳材料的氧還原催化作用機制及其在鋅-空氣電池中的應(yīng)用作了較為系統(tǒng)的探究,主要研究成果如下:1.通過理論模擬探究了缺陷位點與氮、硫摻雜劑對碳材料反應(yīng)性的協(xié)同作用,發(fā)現(xiàn)缺陷與摻雜劑共同作用減小了碳基能帶隙,使得碳基發(fā)生局域電子重排,提升了其氧還原活性。選擇生物質(zhì)廢料雞羽作為碳、氮、硫源,通過預(yù)炭化處理轉(zhuǎn)換成碳材料,再結(jié)合氫氧化鉀與氨氣活化作用,獲得了富缺陷氮硫共摻雜的產(chǎn)物（CF-K-A）。由于具有內(nèi)部連通的三維孔隙結(jié)構(gòu)、高的比表面積、缺陷... 

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 燃料電池簡介
        1.1.1 燃料電池的發(fā)展
        1.1.2 燃料電池的種類
        1.1.3 燃料電池工作原理
        1.1.4 燃料電池關(guān)鍵技術(shù)
    1.2 陰極氧還原催化劑
        1.2.1 氧還原催化劑作用機理
        1.2.2 氧還原催化劑分類
    1.3 貴金屬氧還原電化劑
    1.4 碳基材料作為氧還原電催化劑
        1.4.1 過渡金屬氮摻雜碳材料
        1.4.2 雜原子摻雜碳材料
    1.5 碳材料的缺陷工程
        1.5.1 邊緣缺陷構(gòu)筑
        1.5.2 拓?fù)淙毕輼?gòu)筑
    1.6 本文的研究思路和內(nèi)容
第2章 實驗原料與表征手段
    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 催化劑物性表征手段
        2.2.1 掃描電子顯微鏡
        2.2.2 透射電子顯微鏡
        2.2.3 球差校正掃描透射電子顯微鏡
        2.2.4 X射線衍射
        2.2.5 拉曼光譜
        2.2.6 比表面積及孔徑分析
        2.2.7 X射線光電子能譜
    2.3 催化劑電化學(xué)性能測試
        2.3.1 氧還原催化測試
        2.3.2 鋅-空氣電池測試
        2.3.3 超級電容器測試
第3章 富缺陷氮硫共摻雜三維多孔碳材料的構(gòu)筑及其氧還原性能探究
    3.1 前言
    3.2 實驗內(nèi)容
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 密度泛函理論計算
        3.3.2 形貌表征
        3.3.3 結(jié)構(gòu)組成表征
        3.3.4 氧還原性能測試
        3.3.5 鋅-空氣電池性能測試
    3.4 本章小結(jié)
第4章 五元環(huán)拓?fù)淙毕輰μ疾牧想娀瘜W(xué)反應(yīng)性的作用
    4.1 前言
    4.2 實驗內(nèi)容
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 密度泛函理論計算
        4.3.2 結(jié)構(gòu)形貌表征
        4.3.3 氧還原性能測試
        4.3.4 PD/N-C催化劑物性及氧還原表征
        4.3.5 鋅-空氣電池性能測試
        4.3.6 超級電容器測試
    4.4 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表情況
攻讀碩士期間參與的項目和獲得的獎勵



本文編號：3715476