燃料電池作為一種新型清潔高效的能源轉換裝置,在電動汽車等領域獲得廣泛關注。相對于氫電極來說,其陰極上的氧還原反應動力學過程相對緩慢,需要大量催化劑促進該反應進行。雖然商業(yè)Pt/C催化劑具有優(yōu)良的氧還原催化性能,但由于鉑資源短缺、價格高昂,阻礙了其商業(yè)化應用,并促使研究者開發(fā)新的高性能且成本低廉的低鉑或無鉑催化劑。金屬有機框架材料(MOFs)及其衍生物以其高比表面積、可調控孔結構和均勻的元素分散等特點,已在電化學領域表現(xiàn)出良好的應用前景。本文以價態(tài)多樣可變且資源豐富的錳作為MOF的金屬中心,通過與不同配體、金屬結合制備錳基MOF材料,研究其衍生物用作氧還原催化劑或催化劑載體時的電化學性能。主要研究內容歸納如下:(1)以乙酸錳、對苯二甲酸為原料合成Mn-MOF,通過反應時長和煅燒溫度的優(yōu)化,獲得微米級紡錘狀衍生物MnxOy/C并展現(xiàn)出最優(yōu)的氧還原催化活性。電化學測試表明,該催化劑使反應近似以四電子途徑進行,其起始電位(0.883 V vs.RHE)略低于商業(yè)Pt/C(0.997 V vs.RHE),但表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性和耐甲醇性。在此基礎上,以三聚氰胺摻雜活化,活化樣品具有更低的Tafel...

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【學位級別】：碩士

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摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 燃料電池的概述
        1.2.1 燃料電池的簡介
        1.2.2 燃料電池的基本結構與工作原理
        1.2.3 燃料電池的分類
    1.3 氧化原催化劑的分類及研究進展
        1.3.1 Pt基催化劑
            1.3.1.1 Pt單質催化劑
            1.3.1.2 Pt-M合金催化劑
            1.3.1.3 催化劑載體
        1.3.2 非貴金屬催化劑
        1.3.3 非金屬催化劑
    1.4 MOF基材料概述及應用
        1.4.1 MOFs概述
        1.4.2 MOFs衍生物的電化學應用及分類
            1.4.1.1 純MOFs衍生物
            1.4.1.2 MOFs與雜原子源衍生物
            1.4.1.3 MOFs復合材料衍生物
    1.5 本論文的研究內容與意義
第二章 實驗部分
    2.1 實驗材料和儀器
        2.1.1 材料和化學試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 材料的物理表征方法
        2.2.1 熱失重分析儀(TGA)
        2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.2.3 高分辨率電子透射鏡(HRTEM)
        2.2.4 X射線衍射儀(XRD)
        2.2.5 X射線光電子能譜儀(XPS)
        2.2.6 物理吸附分析儀(BET)
        2.2.7 激光拉曼光譜儀(Raman)
    2.3 材料的電化學性能表征
        2.3.1 工作電極的制備
        2.3.2 循環(huán)伏安法(CV)
        2.3.3 線性掃描伏安法(LSV)
        2.3.4 塔菲爾極化曲線(Tafel)
        2.3.5 計時電流法(i-t)
        2.3.6 電化學活性面積(ECSA)
        2.3.7 鋅空單電池測試
        2.3.8 恒流充放電(GCD)
第三章 Mn-BDC-MOF衍生MnxOy@C復合材料制備及其電催化應用
    3.1 前言
    3.2 實驗部分
    3.3 結果與討論
        3.3.1 不同反應時長的優(yōu)化
        3.3.2 不同煅燒溫度的優(yōu)化
        3.3.3 摻氮活化產物的結構表征與電化學性能
        3.3.4 最優(yōu)合成條件下產物的催化穩(wěn)定性
    3.4 本章小結
第四章 Zn/Mn-BTC-MOF衍生的金屬氧化物和多孔碳的復合材料的制備及其電催化應用
    4.1 前言
    4.2 實驗部分
    4.3 結果與討論
        4.3.1 金屬與配體比例的優(yōu)化
        4.3.2 不同金屬比例的優(yōu)化
        4.3.3 不同反應時長的優(yōu)化
        4.3.4 最優(yōu)合成條件下產物的催化穩(wěn)定性
    4.4 本章小結
第五章 MOF衍生多孔碳載鉑的復合材料用作電容型氧化原催化劑
    5.1 前言
    5.2 實驗部分
    5.3 結果與討論
        5.3.1 載體碳的選擇及其電容性能表征
        5.3.2 Pt/ZM-M的結構表征
        5.3.3 Pt/ZM-M的電催化性能
            5.3.3.1 氧還原性能
            5.3.3.2 SC&ORR性能
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
參考文獻
致謝
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及科研成果
作者和導師簡介
專業(yè)學位碩士研究生學位論文答辯委員會決議書



本文編號：3867547