功能化碳基材料作為高效電極材料廣泛應(yīng)用于新能源器件中。以生物質(zhì)為原料開發(fā)結(jié)構(gòu)和性能可控的高效碳基材料是該領(lǐng)域的重要課題。本論文圍繞燃料電池和染料敏化太陽能電池(DSSCs)的陰極反應(yīng),通過甄選合適生物質(zhì)前驅(qū)體和合成策略,開展了基于生物質(zhì)碳基納米材料的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究。鑒于此,制備了三種不同類型功能化碳基材料,其中包括雜原子摻雜碳基納米材料、碳載體擔(dān)載過渡金屬納米顆粒以及原子級(jí)分散的碳基單原子材料。研究表明,生物質(zhì)衍生的碳基納米材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、組成以及優(yōu)異的電催化性能,當(dāng)與過渡金屬(尤其是金屬單原子)結(jié)合后,材料的電催化性能獲得進(jìn)一步提升。具體內(nèi)容如下:(一)以茶葉殘?jiān)鳛樘荚春碗s原子源,通過一步熱解法合成氮、氟共摻雜碳材料,對(duì)該樣品的形貌、孔結(jié)構(gòu)、元素組成及其在氧還原反應(yīng)(ORR)中的電催化性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明,制備的催化材料(T-NFC)具有高比表面積和多尺度孔隙結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)能夠提供更多暴露的活性位點(diǎn),且有利于液體電解質(zhì)的擴(kuò)散,從而提高其電催化活性。此外,氮和氟元素成功地嵌入到碳骨架結(jié)構(gòu)中,山此引起的電荷重新分布進(jìn)一步促進(jìn)了電催化反應(yīng)的進(jìn)行。電化學(xué)測試表明,T-NFC催化材...

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號(hào)表
1 緒論
    1.1 燃料電池
        1.1.1 燃料電池概述
        1.1.2 燃料電池的分類
        1.1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池概述及存在的問題
        1.1.4 質(zhì)子交換膜燃料電池基本結(jié)構(gòu)和工作原理
        1.1.5 燃料電池陰極氧還原反應(yīng)電催化
        1.1.6 碳基非貴金屬陰極氧還原反應(yīng)電催化劑的研究進(jìn)展
    1.2 生物質(zhì)衍生碳材料
        1.2.1 生物質(zhì)衍生碳材料概述
        1.2.2 生物質(zhì)衍生碳材料的優(yōu)點(diǎn)
        1.2.3 生物質(zhì)衍生碳材料的制備方法
        1.2.4 生物質(zhì)衍生碳材料在陰極ORR中的研究進(jìn)展
    1.3 單原子催化材料
        1.3.1 單原子概述
        1.3.2 單原子催化劑合成策略
        1.3.3 碳基單原子催化劑在ORR中的應(yīng)用
    1.4 本論文主要研究思路
2 茶葉殘?jiān)苌s原子摻雜催化材料的制備及其ORR性能研究
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
        2.2.1 材料和試劑
        2.2.2 T-NFC催化材料的制備
        2.2.3 催化材料的表征
        2.2.4 催化劑的電催化性能評(píng)價(jià)
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 T-NFC樣品結(jié)構(gòu)表征
        2.3.2 T-NFC樣品電催化性能研究
    2.4 本章小結(jié)
3 海帶衍生多層石墨包覆鈷納米顆粒的制備及ORR和TIRR性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 材料、試劑
        3.2.2 Co/KCM-1000催化材料的合成
        3.2.3 對(duì)電極的制備與DSSCs電池的組裝
        3.2.4 DSSCs電池性能的表征
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 Co/KCM-1000催化材料形貌和結(jié)構(gòu)表征
        3.3.2 Co/KCM-1000材料ORR電催化性能
        3.3.3 Co/KCM-1000材料TIRR電催化性能
    3.4 本章小結(jié)
4 小球藻衍生的碳基單原子催化劑的制備及其ORR性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 材料、試劑
        4.2.2 SA-M-CHC (M=Co,Fe)催化材料的合成
        4.2.3 單原子表征技術(shù)
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 SA-Co-CHC催化材料形貌和結(jié)構(gòu)表征
        4.3.2 SA-Co-CHC催化材料ORR電催化性能研究
        4.3.3 SA-Fe-CHC催化材料形貌和結(jié)構(gòu)表征
        4.3.4 SA-Fe-CHC催化材料ORR電催化性能研究
    4.4 本章小結(jié)
5 豬肝衍生的碳基單原子催化劑的制備及其ORR和TIRR性能研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 材料、試劑
        5.2.2 SA-Fe-PLP催化材料的合成
        5.2.3 SA-Fe-PLP對(duì)電極的制備
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 SA-Fe-PLP催化材料形貌和結(jié)構(gòu)表征
        5.3.2 SA-Fe-PLP催化材料ORR電催化性能研究
        5.3.3 SA-Fe-PLP催化材料TIRR電催化性能
    5.4 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄A 實(shí)驗(yàn)儀器清單
攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果
致謝
作者簡介



本文編號(hào)：3775326