燃料電池和金屬-空氣電池作為目前最有前途的清潔能源設(shè)備,可替代化石燃料以緩解能源危機和環(huán)境污染問題。作為陰極的關(guān)鍵反應(yīng),氧還原反應(yīng)(ORR)需要貴金屬催化劑(商業(yè)化Pt/C)來增強其緩慢的動力學(xué)過程。但是貴金屬催化劑循環(huán)穩(wěn)定性差,價格昂貴,地球儲量有限,嚴重制約了基于Pt/C的能源設(shè)備的大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用。因此,設(shè)計高效穩(wěn)定的廉價碳基催化劑以取代貴金屬催化劑至關(guān)重要。本論文設(shè)計和研究了基于碳材料的過渡金屬納米復(fù)合材料ORR催化劑,包括過渡金屬碳化物、氮化物、硫化物、磷化物和碳的復(fù)合材料,以及過渡金屬單原子摻雜的碳材料。通過調(diào)控催化劑的導(dǎo)電性、比表面積、分級孔結(jié)構(gòu)、缺陷和摻雜效應(yīng),來實現(xiàn)優(yōu)異的ORR性能并應(yīng)用于鋅-空氣電池。研究內(nèi)容主要包括以下五個部分:1.通過巧妙的模板法制備了 Co9S8納米粒子負載到N,S共摻雜的缺陷富集碳納米管上(Co9S8/N,S-CNTs)。CdS納米線犧牲模板可以在高溫碳化過程中直接揮發(fā)除去。較大的Brunauer-Emmet-Teller(BET)比表面積(661.2 m2 g-1)和孔體積(1.49 cm3 g-1)可以極大地促進傳質(zhì)和暴露活性位點,...

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 能源存儲和轉(zhuǎn)換技術(shù)
        1.2.1 燃料電池
        1.2.2 金屬-空氣電池
        1.2.3 鋰離子電池
        1.2.4 太陽能電池
    1.3 氧還原反應(yīng)的過程
    1.4 影響氧還原的主要因素
    1.5 碳基非貴金屬氧還原催化劑
        1.5.1 非金屬碳材料
        1.5.2 過渡金屬摻雜的碳材料
            1.5.2.1 過渡金屬碳化物和碳的復(fù)合材料
            1.5.2.2 過渡金屬氮化物和碳的復(fù)合材料
            1.5.2.3 過渡金屬氧化物和碳的復(fù)合材料
            1.5.2.4 過渡金屬硫化物和碳的復(fù)合材料
            1.5.2.5 過渡金屬磷化物和碳的復(fù)合材料
            1.5.2.6 過渡金屬單原子摻雜的碳材料
    1.6 本論文的選題思路和研究內(nèi)容
第2章 Co₉S₈/N,S共摻雜的碳納米管復(fù)合材料用于氧還原和氧析出
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗試劑
        2.2.2 樣品制備
        2.2.3 儀器與表征
        2.2.4 電化學(xué)測試
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 基本表征
        2.3.2 氧還原性能表征
        2.3.3 氧析出性能表征
    2.4 本章小結(jié)
第3章 Fe₇C₃@N摻雜的碳復(fù)合材料用于氧還原和鋅-空氣電池
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗試劑
        3.2.2 樣品制備
        3.2.3 儀器與表征
        3.2.4 電化學(xué)測試
        3.2.5 鋅-空氣電池測試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 基本表征
        3.3.2 氧還原性能表征
        3.3.3 鋅-空氣電池性能
    3.4 本章小結(jié)
第4章 Co₄N@N摻雜的碳復(fù)合材料用于氧氣雙功能催化和鋅-空氣電池
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗試劑
        4.2.2 樣品制備
        4.2.3 儀器與表征
        4.2.4 電化學(xué)測試
        4.2.5 鋅-空氣電池測試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 基本表征
        4.3.2 氧還原和氧析出性能表征
        4.3.3 鋅-空氣電池性能
    4.4 本章小結(jié)
第5章 Fe₂P/N,P共摻雜的碳復(fù)合材料用于氧還原和鋅-空氣電池
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 實驗試劑
        5.2.2 樣品制備
        5.2.3 儀器與表征
        5.2.4 電化學(xué)測試
        5.2.5 鋅-空氣電池測試
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 基本表征
        5.3.2 氧還原性能表征
        5.3.3 鋅-空氣電池性能
    5.4 本章小結(jié)
第6章 Fe,Co雙金屬單原子的協(xié)同作用用于增強氧還原活性
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 實驗試劑
        6.2.2 樣品制備
        6.2.3 儀器與表征
        6.2.4 電化學(xué)測試
        6.2.5 理論計算
        6.2.6 鋅-空氣電池測試
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 基本表征
        6.3.2 氧還原性能表征
        6.3.3 理論計算
        6.3.4 鋅-空氣電池性能
    6.4 本章小結(jié)
全文總結(jié)與展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3807085