氧還原反應(yīng)(ORR)本身是一個動力學(xué)緩慢的過程,它是阻礙鋅-空氣電池應(yīng)用發(fā)展的主要障礙。雖然鉑(Pt)基催化劑是ORR的最有效催化劑。但是,Pt存在高成本、自然資源稀缺和耐久性不足等多種問題,因此人們逐漸轉(zhuǎn)向非貴金屬基電催化劑的研究。在開發(fā)的一系列非貴金屬電催化劑中,碳納米管具有獨特的六邊形附屬結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出異常的比表面積和電化學(xué)性能,可提供較多的活性部位。另一方面,對碳納米管進行氮摻雜(N-CNTs)可以改善碳納米管的局部電荷密度,進而加快電子傳輸性能、降低電阻率。同時非貴金屬Ni/Co/Fe和N的高親和力可以有利于激活碳納米管外部石墨層,增加多孔缺陷的存在,加速催化劑表面和反應(yīng)中間體之間的界面電子轉(zhuǎn)移,從而提高ORR活性。因此,開發(fā)Ni/Co/Fe-N-CNTs催化劑應(yīng)用于氧還原反應(yīng)具有極好的前景。此外,目前對鋅-空氣電池的研究主要是采用濃堿性電解液,但由于陽極鋅在強堿性介質(zhì)中的自發(fā)溶解以及濃堿性條件下的腐蝕,減緩了離子電解質(zhì)的電導(dǎo)率和電池壽命,而中性電解質(zhì)可用于解決堿性電解質(zhì)引起的腐蝕問題并能避免自發(fā)放電現(xiàn)象。本論文以Ni/Co/Fe作為金屬催化中心,雙氰胺作為氮源,葡萄糖/蔗糖為...

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 金屬-氮共摻雜碳納米管電催化劑概述
        1.1.1 電催化劑概述
            1.1.1.1 電催化劑的研究方向
            1.1.1.2 電催化劑性能影響因素
        1.1.2 碳納米管電催化劑概述
            1.1.2.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)與性能
            1.1.2.2 碳納米管在電化學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀
        1.1.3 金屬-氮共摻雜碳納米管電催化劑概述
            1.1.3.1 金屬-氮共摻雜碳納米管電催化劑研究現(xiàn)狀
            1.1.3.2 金屬-氮共摻雜碳納米管電催化劑制備方法
    1.2 金屬-氮共摻雜碳納米管電催化劑對氧還原的電活性
        1.2.1 氧還原反應(yīng)的研究進展
        1.2.2 金屬-氮共摻雜碳納米管催化劑在氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用
    1.3 金屬-氮共摻雜碳納米管電催化劑在鋅-空氣電池中的應(yīng)用
        1.3.1 鋅-空氣電池概述
        1.3.2 金屬-氮共摻雜碳納米管電催化劑在鋅-空氣電池中的應(yīng)用
    1.4 本論文的主要工作
        1.4.1 研究意義
        1.4.2 主要目標(biāo)
        1.4.3 研究內(nèi)容
        1.4.4 研究方法
第2章 實驗試劑與儀器
    2.1 實驗試劑
    2.2 實驗儀器
    2.3 電催化劑表征
    2.4 電化學(xué)測試方法及條件
第3章 不同類型Ni/Co鹽摻雜C-N納米管的制備及其氧還原電催化活性
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗試劑與儀器
        3.2.2 電催化劑的制備
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 電催化劑的形貌分析
            3.3.1.1 不同類型單金屬 Ni/Co摻雜C-N催化劑
            3.3.1.2 不同類型雙金屬Ni/Co摻雜C-N催化劑
            3.3.1.3 納米管形成機制
        3.3.2 電催化劑的成分分析
        3.3.3 電催化劑對氧還原的電活性
    3.4 小結(jié)
第4章 Ni/Co摻雜C-N納米管催化劑在中性鋅-空氣電池中的應(yīng)用
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 電催化劑的制備
        4.2.2 電池的設(shè)計及組裝
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 循環(huán)伏安曲線分析
        4.3.2 催化劑在中性溶液中對氧還原的電活性
        4.3.3 中性鋅空氣電池性能測試
    4.4 小結(jié)
第5章 Fe/Co摻雜C-N納米管催化劑的制備及其在中性鋅-空氣電池中的應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 實驗試劑與儀器
        5.2.2 電催化劑的制備
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 電催化劑的形貌分析
        5.3.2 電催化劑的成分分析
        5.3.3 循環(huán)伏安曲線分析
        5.3.4 電催化劑對氧還原的電活性
        5.3.5 中性鋅-空氣電池性能測試
    5.4 小結(jié)
第6章 以蔗糖為碳源的Ni-Co摻雜C-N納米管的制備及其氧還原電催化活性
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 實驗試劑與儀器
        6.2.2 電催化劑的制備
    6.3 實驗結(jié)果與討論
        6.3.1 電催化劑的形貌分析
        6.3.2 電催化劑的成分分析
        6.3.3 循環(huán)伏安曲線分析
        6.3.4 電催化劑對氧還原的電活性
    6.4 小結(jié)
第7章 以蔗糖為碳源的Ni-Co摻雜C-N納米管在中性鋅-空氣電池中的應(yīng)用
    7.1 引言
    7.2 實驗部分
        7.2.1 電催化劑的制備
    7.3 實驗結(jié)果與討論
        7.3.1 催化劑負(fù)載在碳紙上對氧還原的電活性
        7.3.2 中性鋅空氣電池性能測試
    7.4 小結(jié)
第8章 結(jié)論與展望
    8.1 結(jié)論
    8.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文與科研成果清單
致謝



本文編號：3833639