燃料電池成本較高,其中一個(gè)很重要的原因是使用了昂貴的鉑作為催化劑,使得燃料電池的發(fā)展面臨巨大的挑戰(zhàn)。尋找可替代的催化劑來(lái)降低燃料電池的制造成本至關(guān)重要。本論文以制備方法簡(jiǎn)單,綠色為原則,制備了四種以氮摻雜為基礎(chǔ)的氧還原反應(yīng)(ORR)催化劑。通過(guò)X射線衍射(XRD),比表面積分析(BET)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、X射線光電子能譜分析(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、高倍透射電鏡(HRTEM)等表征,對(duì)材料進(jìn)行深入地了解與解釋說(shuō)明,通過(guò)電化學(xué)測(cè)試的方法,對(duì)所得到的理想的ORR催化劑及相關(guān)材料進(jìn)行性能表征。(1)氮摻雜氧化石墨烯材料(N-PEGO)。N-PEGO是通過(guò)快速有效的介質(zhì)阻擋放電(DBD)等離子體技術(shù)獲得。等離子體的處理實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯的剝離和摻雜,符合“脹破-碰撞”機(jī)理。碳酸銨進(jìn)入氧化石墨烯插層,在DBD等離子體處理過(guò)程中迅速產(chǎn)生NH₃和CO₂氣體并快速釋放,從而使氧化石墨烯得以剝離(<4層)。此外,等離子體處理實(shí)現(xiàn)了氮元素的摻雜(5.26%),有利于提高氧還原反應(yīng)(ORR)催化性能。得到的氮摻雜的氧化石墨烯的起始電位...

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 綜述
    1.1 燃料電池的簡(jiǎn)介
    1.2 燃料電池氧還原反應(yīng)及存在的主要問(wèn)題
    1.3 氧還原催化劑的分類
        1.3.1 貴金屬催化劑
        1.3.2 非金屬催化劑
        1.3.3 過(guò)渡金屬催化劑
    1.4 氧還原催化劑的制備方法
        1.4.1 模板法
        1.4.2 基于生物質(zhì)碳材料的合成方法
        1.4.3 基于新型碳材料的熱解合成方法
        1.4.4 微波法
        1.4.5 等離子體法
        1.4.6 其他方法
    1.5 本課題立題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容,目標(biāo)
        1.5.1 立題依據(jù)
        1.5.2 研究?jī)?nèi)容
        1.5.3 研究目的
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器與藥品
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品
    2.2 氧還原電催化劑的表征
        2.2.1 掃描電子顯微鏡/元素分析/元素映射(SEM/EDS/mapping)
        2.2.2 透射電子顯微鏡/高倍透射電子顯微鏡(TEM/HRTEM)
        2.2.3 拉曼光譜(Raman)
        2.2.4 傅里葉紅外光譜(FT-IR)
        2.2.5 X-射線光電子能譜分析(XPS)
        2.2.6 X-射線衍射光譜(XRD)
        2.2.7 原子力顯微鏡(AFM)
        2.2.8 比表面積測(cè)試(BET)
    2.3 電催化劑氧還原性能測(cè)試
        2.3.1 電極的修飾
        2.3.2 旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極(RDE)的測(cè)試
        2.3.3 旋轉(zhuǎn)環(huán)盤(pán)電極(RRED)的測(cè)試
        2.3.4 可逆氫電極標(biāo)定
第三章 氮摻雜氧化石墨烯的制備及其電催化氧還原性能研究
    3.1 前言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 氮摻雜氧化石墨烯的制備
        3.2.2 電催化性能測(cè)試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 催化劑的表面現(xiàn)象及SEM、TEM、HRTEM、AFM分析
        3.3.2 BET、FT-IR、Raman、XPS分析
        3.3.3 制備機(jī)理的歸納
        3.3.4 催化劑ORR性能分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 氮摻雜生物質(zhì)基碳材料的制備及其電催化氧還原性能研究
    4.1 前言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 氮摻雜生物質(zhì)基碳材料的制備
        4.2.2 電催化性能測(cè)試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 HRTEM、BET分析
        4.3.2 XRD、Raman、XPS分析
        4.3.3 催化劑ORR性能分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 氮,硫共摻雜生物質(zhì)基多孔碳材料的制備及其電催化氧還原性能研究
    5.1 前言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 氮,硫共摻雜多孔碳材料的制備
        5.2.2 電催化性能測(cè)試
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 SEM、TEM分析
        5.3.2 BET、XRD分析
        5.3.3 XPS分析
        5.3.4 催化劑ORR性能分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 氮,鐵共摻雜生物質(zhì)基碳材料的制備及其電催化氧還原性能研究
    6.1 前言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 材料的制備
        6.2.2 電催化性能測(cè)試
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 XRD分析
        6.3.2 Raman、XPS分析
        6.3.3 SEM、BET分析
        6.3.4 TEM、HRTEM、EDX、mapping分析
        6.3.5 催化劑ORR性能分析
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介
附件



本文編號(hào)：3964969