發(fā)布時間：2024-12-21 09:27

　　最近幾年,新能源汽車快速發(fā)展,氫燃料電池車具有與內(nèi)燃汽車接近的續(xù)航能力和快速補(bǔ)充燃料的能力,發(fā)展前景良好。質(zhì)子交換膜燃料電池由于功率密度高、啟動迅速的優(yōu)點(diǎn)非常適用于交通工具。阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的主要因素是成本,研究低成本的非貴金屬陰極催化劑,對于降低燃料電池的成本具有重要的意義。非貴金屬陰極催化劑中最有前景的種類是氮摻雜碳材料和金屬-氮-碳材料。相對于其他類型的非貴金屬陰極催化劑,金屬-氮-碳材料的非貴金屬催化劑在酸堿性條件下均表現(xiàn)出很高的氧還原活性,且在酸性條件下的穩(wěn)定性顯著高于金屬氧化物類非貴金屬催化劑。氮摻雜碳材料和金屬-氮-碳類非貴金屬陰極催化劑的合成路線多種多樣,但大部分的合成路線都需要高溫加熱。常用的高溫加熱裝置管式爐加熱效率低,升溫速率低,使非貴金屬催化劑的制備浪費(fèi)時間和能源。本文利用微波法合成摻氮石墨烯作為非貴金屬陰極催化劑,利用石墨烯的高微波吸收率,實(shí)現(xiàn)了對前驅(qū)體的選擇性加熱,將高溫加熱時間從數(shù)小時減少到不到1分鐘,從而大大減少了高溫反應(yīng)的耗能。通過對不同微波加熱時間的樣品的電化學(xué)測試,表明催化劑在氨氣氣氛中微波加熱10s后即達(dá)到最優(yōu)的氧還原活性,進(jìn)一步延長反應(yīng)時間,氧還...

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．?１不同微波時間的催化劑氧還原性能對比??實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波法摻氮顯著提高了催化劑的氧還原活性，且反應(yīng)所需的??

５ｓ、１０ｓ、３０ｓ），從而得到一系列不同的催化劑樣品，分別標(biāo)記為ＮＧ－２ｓ、ＮＧ－５ｓ、??ＮＧ－ｌ〇Ｓ、ＮＧ－３０ｓ，加上未經(jīng)過微波摻氮處理的石墨烯Ｇ作為對照組，分別測試??了其氧還原活性。結(jié)果如圖２．１：??ｒｐｒｆ??－６?Ｈ—？—｜?？?｜?＜?ｉ?？?ｉ?１?ｉ?１?....

圖２．２不同微波時間的催化劑ＸＰＳ泛掃譜圖??ＸＰＳ譜圖中２８４ｅＶ、４００ｅＶ和５３２．６ｅＶ處的峰值分別對應(yīng)于Ｃｌｓ、Ｎｌｓ、Ｏｌｓ??峰

貴金屬催化劑反應(yīng)只需要約１０ｓ即可完成。進(jìn)一步延長加熱時間并不會提高催化??劑活性。為了進(jìn)一步研究催化劑合成的機(jī)理，采用ＸＰＳ對催化劑表面進(jìn)行分析，??結(jié)果如圖２．２所示：???Ｇ?Ｃｌｓ???ＮＧ－２Ｓ???ＮＧ－５Ｓ???ＮＧ－１０Ｓ??＾?ＮＧ－３０Ｓ?Ｏｌｓ??ＣＤ?Ｎｌ....

圖２．?３不同微波時間的催化劑樣品ＸＰＳ?Ｎｌｓ譜圖分峰（ａ）?ＮＧ－２ｓ；?（ｂ＞?ＮＧ－５ｓ；?（ｃ＞?ＮＧ－丨Ｏｓ；??（ｄ）?ＮＧ－３０ｓ??

貴金屬催化劑反應(yīng)只需要約１０ｓ即可完成。進(jìn)一步延長加熱時間并不會提高催化??劑活性。為了進(jìn)一步研究催化劑合成的機(jī)理，采用ＸＰＳ對催化劑表面進(jìn)行分析，??結(jié)果如圖２．２所示：???Ｇ?Ｃｌｓ???ＮＧ－２Ｓ???ＮＧ－５Ｓ???ＮＧ－１０Ｓ??＾?ＮＧ－３０Ｓ?Ｏｌｓ??ＣＤ?Ｎｌ....

圖２．?４催化劑氧還原性能與石墨氮含量的關(guān)系對比圖??由此可以推斷，在摻氮石墨烯非貴金屬氧還原催化劑中，對氧還原活性起決??

１０－３０ｓ之間，氮含量仍然升高，但是催化劑活性卻幾乎沒有改變。詳細(xì)分析氮原??子的類型我們發(fā)現(xiàn)，石墨氮的含量變化與催化劑活性變化的規(guī)律呈現(xiàn)明顯的正相??關(guān)。如圖２．４所示：??Ｊ?＇?１?１?１?［－１．４??—■—石墨氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)??？?一□—ＯｊＶＴ電流密度?一???＿＿＿■....

本文編號：4018774