燃料電池可以環(huán)境友好地直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,其商業(yè)化的主要瓶頸是陰極氧還原反應(yīng)(ORR)的動力學(xué)緩慢,需要采用貴金屬催化劑來解決這一問題;而傳統(tǒng)貴金屬催化劑的價格高且穩(wěn)定性低,因此探索廉價且性能穩(wěn)定的陰極ORR電催化劑是實(shí)現(xiàn)燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。鐵、氮摻雜碳(Fe-N-C)催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和與Pt/C相當(dāng)?shù)腛RR催化活性,其商業(yè)化應(yīng)用潛力十分巨大。本研究成功制備了Fe、N共摻雜多孔石墨材料,研究分析了其表面結(jié)構(gòu),石墨化程度,Fe、N雜原子等對酸、堿性介質(zhì)中ORR活性和穩(wěn)定性的影響,還研究了催化劑的抗甲醇和CO性能。主要內(nèi)容如下:1.以水葫蘆為碳源,鹽酸多巴胺為氮源,Fe(NO₃)₃為Fe源,合成了N和少量Fe共摻雜的多孔石墨(NFe-WHG)。測試結(jié)果表明,摻雜N對ORR催化活性有很大貢獻(xiàn);Fe能促進(jìn)N的摻雜和碳的石墨化,而殘留的Fe本身對ORR沒有明顯的催化作用。NFe-WHG在堿性介質(zhì)中具有明顯優(yōu)于Pt/C的ORR催化活性,在酸性介質(zhì)中則顯示出與商業(yè)Pt/C相當(dāng)?shù)腛RR催化活性。由于NFe-WHG具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的石墨結(jié)構(gòu),且...

【文章頁數(shù)】：90 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 氧還原反應(yīng)(ORR)
    1.3 ORR催化劑研究現(xiàn)狀
        1.3.1 Pt基催化劑
        1.3.2 過渡金屬氧化物
        1.3.3 非金屬催化劑
        1.3.4 含過渡金屬的氮摻雜碳材料
    1.4 論文選題意義及主要研究內(nèi)容
第二章 N和少量Fe共摻雜的多孔石墨的制備及其在堿性和酸性介質(zhì)中氧還原性能研究
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器
        2.2.2 材料制備
        2.2.3 工作電極的制備
        2.2.4 電化學(xué)表征及物理表征
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 表面結(jié)構(gòu)及石墨化程度分析
        2.3.2 XPS分析
        2.3.3 ORR性能分析
            2.3.3.1 堿性介質(zhì)中ORR性能分析
            2.3.3.2 Fe和熱解溫度對ORR性能影響分析
            2.3.3.3 ORR轉(zhuǎn)移電子數(shù)(n)分析
            2.3.3.4 抗甲醇和CO性能及穩(wěn)定性分析
            2.3.3.5 酸性介質(zhì)中的ORR性能及穩(wěn)定性分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 N和少量Fe共摻雜多孔石墨空心球的制備及其在堿性和酸性介質(zhì)中氧還原性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 試劑與儀器
        3.2.2 材料制備
        3.2.3 工作電極的制備
        3.2.4 電化學(xué)表征及物理表征
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 表面結(jié)構(gòu)及石墨化程度分析
        3.3.2 XPS分析
        3.3.3 ORR性能分析
            3.3.3.1 堿性介質(zhì)中ORR性能分析
            3.3.3.2 Fe和熱解溫度對ORR性能影響分析
            3.3.3.3 ORR電子轉(zhuǎn)移數(shù)(n)分析
            3.3.3.4 抗CO和甲醇性能及循環(huán)穩(wěn)定性
            3.3.3.5 酸性介質(zhì)中ORR性能及穩(wěn)定性分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 少量Fe、N共摻雜多孔石墨空心半球的制備及其在堿性和酸性介質(zhì)中氧還原性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 試劑與儀器
        4.2.2 材料制備
        4.2.3 工作電極的制備
        4.2.4 電化學(xué)表征及物理表征
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 NFe-HG的合成圖解
        4.3.2 表面結(jié)構(gòu)及石墨化程度分析
        4.3.3 XPS分析
        4.3.4 ORR性能分析
            4.3.4.1 堿性介質(zhì)中的ORR性能分析
            4.3.4.2 Fe和三聚氰胺的用量及碳化溫度對ORR性能影響分析
            4.3.4.3 ORR電子轉(zhuǎn)移數(shù)(n)分析
            4.3.4.4 抗CO,抗甲醇和循環(huán)穩(wěn)定性分析
            4.3.4.5 酸性介質(zhì)中ORR性能和循環(huán)穩(wěn)定性分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間的主要科研成果



本文編號：3845190