燃料電池(Fuel Cells,FC)通過電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能,被認為是下一代重要的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)之一。在整個電化學(xué)反應(yīng)過程中,能量轉(zhuǎn)換效率高且不排放任何有害分子。但陰極發(fā)生的氧還原反應(yīng)(ORR)具有復(fù)雜且緩慢的動力學(xué)過程,迫使陰極需施加大量的電催化劑以維持燃料電池的整體性能。而燃料電池常用的電催化劑為貴金屬鉑(Pt),其不僅價格昂貴且在自然界中的儲量有限,導(dǎo)致燃料電池成本居高不下并難以實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。因此,開發(fā)出價格低廉并具有高效的氧還原性能的無鉑電催化劑來替代鉑基催化劑,對燃料電池的發(fā)展具有重要意義。在各種無鉑電催化劑中,摻雜碳基電催化劑因具有優(yōu)秀的氧還原活性、良好的長程穩(wěn)定性與甲醇抗性而受到了研究者們廣泛的關(guān)注和研究。本文以具有高比表面積的多籠碳球作為碳載體,通過在氨氣與氬氣混合氣氛下進行氮摻雜制備了一系列具有高電化學(xué)活性的氧還原電催化劑。并結(jié)合材料的形貌、微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成以及ORR活性等參數(shù),對催化劑的氧還原催化機理以及催化活性的影響因素進行了初步討論。主要研究結(jié)果如下:(1)將多籠碳球置于氨氣(30 sccm)與氬氣(60 sccm)的混合氣氛中,通過改變煅...

【文章頁數(shù)】：72 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 燃料電池概述
        1.2.1 燃料電池的基本結(jié)構(gòu)
        1.2.2 堿性燃料電池
        1.2.3 H₂/O₂質(zhì)子交換膜燃料電池
        1.2.4 直接甲醇燃料電池
    1.3 氧還原機理
    1.4 氧還原催化劑研究進展
        1.4.1 Pt基催化劑
        1.4.2 雜原子摻雜電催化劑
        1.4.3 非貴金屬電催化劑
    1.5 選題背景及主要研究內(nèi)容
第二章 實驗原料、儀器及分析測試方法
    2.1 實驗部分
        2.1.1 實驗原料
        2.1.2 實驗儀器與設(shè)備
    2.2 材料的測試與表征
        2.2.1 常規(guī)結(jié)構(gòu)表征
            2.2.1.1 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)
            2.2.1.2 高角度環(huán)形暗場-掃描透射電子顯微鏡(HAADF-STEM)
            2.2.1.3 X射線衍射分析(XRD)
            2.2.1.4 拉曼光譜分析(Raman)
            2.2.1.5 X射線光電子能譜(XPS)
            2.2.1.6 電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP)
            2.2.1.7 比表面積與孔結(jié)構(gòu)分析(BET)
        2.2.2 電化學(xué)性能測試
            2.2.2.1 循環(huán)伏安測試(Cyclic Voltammetry,CV)
            2.2.2.2 線性掃描伏安測試(Linear Sweep Voltammetry,LSV)
            2.2.2.3 計時電流法(Chronoamperometry,CA)
            2.2.2.4 加速耐久性測試(Accelerating Durability Test,ADT)
第三章 氮摻雜多籠碳球氧還原性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 多籠碳球的合成
        3.2.2 氮摻雜多籠碳球的制備
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 樣品形貌與元素分布
        3.3.2 樣品晶型結(jié)構(gòu)分析
        3.3.3 氨氣處理時間對電化學(xué)性能的影響
        3.3.4 樣品孔結(jié)構(gòu)分析
        3.3.5 XPS元素分析
        3.3.6 電化學(xué)氧還原性能測試
    3.4 本章小結(jié)
第四章 鐵-氮共摻多籠碳球氧還原性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 多籠碳球的合成
        4.2.2 鐵-氮共摻多籠碳球的制備
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 樣品形貌與元素分布
        4.3.2 樣品晶型結(jié)構(gòu)分析
        4.3.3 鐵含量對Fe/N-MCCS ORR催化性能的影響
        4.3.4 樣品孔結(jié)構(gòu)分析
        4.3.5 XPS元素分析
        4.3.6 電化學(xué)氧還原性能測試
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 對今后工作的建議
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝



本文編號：3842184