本文關(guān)鍵詞：富氮氨基酸衍生碳材料的制備及其在電催化氧還原中的應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：燃料電池是一種轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好的能源技術(shù)。其中陰極的氧還原反應(yīng)因?yàn)闆Q定了燃料電池能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體表現(xiàn)而顯得至關(guān)重要。但由于其使用的商業(yè)鉑碳催化劑面臨著高成本、低穩(wěn)定性及地球存儲(chǔ)量有限等問(wèn)題,極大地阻礙了整個(gè)燃料電池商業(yè)化的進(jìn)程。因此如何研究開(kāi)發(fā)原料廣泛、廉價(jià),制備簡(jiǎn)單且具有高氧還原活性的新型氮摻雜碳材料作為陰極氧還原催化劑已成為研究的熱點(diǎn)。本論文聚焦于選取富氮氨基酸作為氮源去制備新型碳基材料并應(yīng)用于電催化氧還原。主要工作包括賴氨酸衍生的CNx和Fe3O4納米顆粒形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和S摻雜碳矩陣與組氨酸碳化復(fù)合碳材料在電催化氧還原中的應(yīng)用,以及組氨酸衍生的棒狀碳材料在酸性介質(zhì)電催化氧還原中的應(yīng)用三部分。針對(duì)所制備的含氮碳材料催化劑,一系列的物理測(cè)試對(duì)其組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,電化學(xué)測(cè)試對(duì)制備的電催化劑氧還原性能進(jìn)行了表征。本論文由以下三部分組成:第一部分:賴氨酸衍生的CNx和Fe3O4納米顆粒形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合碳材料在電催化氧還原中的應(yīng)用為了尋求具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)高效氧還原(ORR)活性的電催化劑,對(duì)我們之前的工作中報(bào)道過(guò)的Fe3O4-CNx復(fù)合材料進(jìn)行了ORR電催化活性測(cè)試,結(jié)果表明Fe3O4-CNx有較差的催化活性。為了提高其催化劑的活性,通過(guò)熱解的方法將賴氨酸衍生的CNx層修飾在Fe3O4-CNx復(fù)合材料上。物理表征表明,得到復(fù)合材料(Fe3O4-CNx-Lys)的珊瑚狀形態(tài)依然保留,而其石墨結(jié)晶程度增加。此外,Fe3O4-CNx-Lys具有364.7 m2 g-1的表面積和分級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測(cè)試表明,該催化劑的ORR活性不僅比Fe3O4-CNx,XC-72 C-Lys和XC-72 C好,而且?guī)缀蹩梢耘c商業(yè)的Pt/C(20 wt%)媲美,更是具有比Pt/C更好的抗甲醇中毒能力。第二部分:S摻雜碳矩陣與組氨酸碳化復(fù)合碳材料在電催化氧還原中的應(yīng)用本部分工作是用濃硫酸碳化蔗糖的方法制備了一種S摻雜的絮狀碳矩陣,通過(guò)碳化的方法將富氮氨基酸—組氨酸修飾在這種碳矩陣上,形成了高活性異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合碳材料。經(jīng)過(guò)XRD,TEM和XPS等一系列物理測(cè)試發(fā)現(xiàn),這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)碳材料具有很好的石墨化程度,且表面吡啶氮含量高。通過(guò)對(duì)催化劑進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,結(jié)果表明其不僅具有非常好的氧還原活性,還表現(xiàn)出不錯(cuò)的抗甲醇中毒能力。第三部分:組氨酸衍生的棒狀碳材料在電催化氧還原中的應(yīng)用高比表面積棒狀的氮摻雜碳材料(SHC-SBA-15)使用SBA-15作為模板制備而成。通過(guò)Brunauer-Emmett-Teller(BET)獲得該碳材料的表面積約為915.3 m2g-1,孔徑分布集中在約4 nm左右。雖然SHC-SBA-15催化劑在氧氣飽和的0.1 mol L-1H2SO4溶液測(cè)試出的線性掃描極化曲線半波電位比商業(yè)Pt/C低,但是其起始電位和極限擴(kuò)散電流密度在酸性介質(zhì)中幾乎與商業(yè)Pt/C相同。即使SHC-SBA-15催化劑氧還原(ORR)活性比不上商業(yè)Pt/C,但是它的低成本,長(zhǎng)時(shí)耐久性以及優(yōu)異的抗甲醇中毒性等優(yōu)點(diǎn)使它成為了一個(gè)可以在酸性條件下代替Pt/C的潛在可能。
【關(guān)鍵詞】：非貴金屬電催化劑 氧化還原反應(yīng) N-摻雜 S-摻雜
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 碳基材料作為燃料電池陰極氧還原電催化劑的研究13-16
• 1.2.1 過(guò)渡金屬-碳基材料13-14
• 1.2.2 N摻雜-碳基材料14-15
• 1.2.3 其他雜原子摻雜-碳基材料15-16
• 1.3 影響含氮碳基材料氧還原活性因素的研究16-19
• 1.3.1 氮源16-17
• 1.3.2 熱處理17-18
• 1.3.3 形貌18-19
• 1.4 本論文的研究?jī)?nèi)容和意義19-20
• 參考文獻(xiàn)20-27
• 第二章 賴氨酸衍生的CN_x和Fe_3O_4納米顆粒形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在電催化氧還原中的應(yīng)用27-39
• 2.1 引言27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分28-30
• 2.2.1 試劑與原料28
• 2.2.2 試驗(yàn)儀器28-29
• 2.2.3 賴氨酸衍生的CN_x和Fe_3O_4納米顆粒形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備29
• 2.2.4 催化劑的物理表征29-30
• 2.2.5 氧還原電化學(xué)測(cè)試30
• 2.3 結(jié)果與討論30-36
• 2.3.1 賴氨酸衍生的CN_x和Fe_3O_4納米顆粒形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的物理表征30-33
• 2.3.2 賴氨酸衍生的CN_x和Fe_3O_4納米顆粒形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的電化學(xué)表征33-36
• 2.4 結(jié)論36-37
• 參考文獻(xiàn)37-39
• 第三章 S摻雜碳矩陣與組氨酸碳化復(fù)合碳材料在電催化氧還原中的應(yīng)用39-52
• 3.1 引言39-40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 3.2.1 試劑與原料40
• 3.2.2 試驗(yàn)儀器40
• 3.2.3 S摻雜碳矩陣與組氨酸碳化復(fù)合碳材料的制備40
• 3.2.4 碳材料的物理表征和電化學(xué)測(cè)試40-41
• 3.3 結(jié)果與討論41-49
• 3.3.1 S摻雜碳矩陣與組氨酸碳化復(fù)合碳材料的物理表征41-46
• 3.3.2 S摻雜碳矩陣與組氨酸碳化復(fù)合碳材料的電化學(xué)表征46-49
• 3.4 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-52
• 第四章 組氨酸衍生的棒狀碳材料在電催化氧還原中的應(yīng)用52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分53-54
• 4.2.1 試劑與原料53
• 4.2.2 試驗(yàn)儀器53
• 4.2.3 組氨酸衍生的棒狀ORR非貴金屬催化劑的制備53-54
• 4.2.4 材料的物理表征54
• 4.2.5 氧還原電化學(xué)測(cè)試54
• 4.3 結(jié)果與討論54-61
• 4.3.1 組氨酸衍生的棒狀ORR非貴金屬催化劑的物理表征54-57
• 4.3.2 組氨酸衍生的棒狀ORR非貴金屬催化劑的電化學(xué)測(cè)試57-61
• 4.4 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-64
• 結(jié)論與展望64-65
• 碩士期間發(fā)表論文及專利65-67
• 致謝67

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3 李之樂(lè);曾為民;馬玉錄;;聚苯胺載鉑鈀電極的制備及氧還原催化性能研究[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年04期

4 李萍;李升憲;胡曉宏;王會(huì)勤;;球磨方法對(duì)氧還原催化劑性能的影響[J];電池;2006年03期

5 位辰先,田建華,梁寶臣,劉邦衛(wèi);制備條件對(duì)卟啉鈷氧還原催化性能的影響[J];天津理工學(xué)院學(xué)報(bào);2004年03期

6 孫曉然;李光躍;夏定國(guó);張立美;李釩;;均苯四甲酰亞胺橋聯(lián)的聚酞菁亞鐵的氧還原反應(yīng)(英文)[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2013年07期

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8 張麗娟,夏定國(guó),王振堯,袁嶸,吳自玉;鉑鉍金屬間化合物催化劑的氧還原與抗甲醇氧化性能[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2005年03期

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本文編號(hào)：331798