钴—杂原子掺杂碳复合氧还原纳米电催化剂的设计与构筑
【学位单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:O643.36;TB383.1
【部分图文】:
锂空气和锌空气电池是目前研究的主流。其中,Li-air 电池是讨论最多也最负争议。锂很活泼,很容易与空气或水的反应,点燃易燃有机电解质。另一方面有限的锂资源只分布在澳大利亚和智利特殊的天然矿藏中[28],增加了 Li-air 电池的成本。因此,即便具有极高的理论比能量密度(~5200Whkg-1)[29],安全和经济问题极大地限制了 Li-air 电池大规模的实际商业化。即使理论能量密度(~1084Wh·kg-1)低于 Li-air 电池,但是矿藏量大,安全性高,平衡电位低,放电电压平稳,使用寿命长等优点进一步保证了锌空气电池的蓬勃发展,并为能源需求提供巨大的市场。
图 1-2 PEMFC 的结构组成示意图。Figure 1-2. Schematic illustration of PEMFC. PEMFC 商业化进程中,遇到了很多挑战,特别是与阳极的 HOR 相慢速率的的 ORR 动力学,是提升 PEMFC 效率急需攻克的最大壁们对于氧气的电化学催化的控制能力仍然受到限制。这种缓慢的 要由于在电极表面的对于 O2的吸附,O-O 键的活化、断裂以及去氧化物[41],而 O-O 的键能很大,计算结果表明 O2的解离所需的能为了提高 ORR 的动力学,一种方法是贵金属的催化剂(例如 Pt)负增加了能量转换装置的成本。美国能源部(DOE)2007 年的研究基催化剂层占燃料电池堆成本的 56%。因此,必须改进催化剂的 弱对贵金属的依赖性。另一方面,在腐蚀性环境下的长期稳定性依,运行过程中铂金属颗粒团聚、碳基体的氧化、脱落引起的快速老题,仍然困扰着学者们。据美国能源部测试,燃料电池汽车阴极上为 0.4 mgPtcm2,甚至更多,令人失望的是,催化剂的稳定性仍然
带有亲水、疏水两性官能团的分子,以表面活性剂以及嵌段共聚物为代用于合成有序多孔碳纳米结构有效的的软模板。到目前为止,通过使用-嵌段-聚(环氧乙烷)(PS-b-PEO),聚异丁烯-嵌段-PEO(PIB-b-PEO-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)PEO-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)(MA)等高分子嵌段共聚物[50]作为软模板,已经成功制备出孔径为 10介孔材料。但是,这些模板主要用于制备微米级别的薄膜或不规则形状由于制备过程都基于溶剂蒸发,并不适用于制备中孔碳球。Yamauchi[51]通过使用高分子量嵌段聚合物 PS-b-PEO 的胶束作为模板种用于制备具有大中孔尺寸(高达 16nm)的 N 掺杂中孔碳球(NMC方法。合成的关键是使用在反应溶液中稳定的多巴胺/聚苯乙烯-嵌段-烷)(DA/PS-b-PEO)复合胶束。多巴胺分子的聚合并且进一步与 PS-的共组装形成 PDA/PS-b-PEO 复合球体,随后在碳化过程中除去模板兼 PS-b-PEO 胶束,使中孔留在碳球中。这种相互联通的多孔网络结构,分子在催化剂表面吸附,加快反应物的扩散、促进电解质离子的运输MCs 表现出优异的 ORR 活性和稳定性。
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 王丽娟;在石墨及聚酞菁化合物电极上氧还原的电催化[J];催化学报;1988年01期
2 吴智远;周运鸿;高荣;;二氧化锰对氧还原的电催化行为[J];武汉大学学报(自然科学版);1988年03期
3 郝佳瑜;刘易斯;李文章;李洁;;形貌可控的铂类贵金属氧还原电催化剂研究进展[J];材料导报;2019年01期
4 杜诚;高小惠;陈卫;;铜基非贵金属氧还原电催化剂的研究进展(英文)[J];催化学报;2016年07期
5 王瀛;张丽敏;胡天军;;金属空气电池阴极氧还原催化剂研究进展[J];化学学报;2015年04期
6 黄幼菊;李伟善;黄青丹;李伟;张庆龙;蒋腊生;;氢钼青铜对铂催化氧还原反应的促进作用[J];高等学校化学学报;2007年05期
7 余希立;李平;郑俊生;吴云霞;周兴贵;;不同微结构纳米碳纤维电极的氧还原性能[J];华东理工大学学报(自然科学版);2007年06期
8 苗鹤;薛业建;周旭峰;刘兆平;;石墨烯基氧还原催化剂在金属空气电池中的应用[J];化学进展;2015年07期
9 陈洁;高建民;;掺杂碳材料用于氧还原反应中的研究进展[J];广州化工;2015年21期
10 杨伟;陈胜洲;邹汉波;林维明;;氮掺杂非贵金属氧还原催化剂研究进展[J];化工进展;2010年11期
相关博士学位论文 前10条
1 刘柏辰;氮掺杂碳氧还原催化剂的制备及其性能研究[D];华南理工大学;2018年
2 邓怡杰;高性能碳基非贵金属催化剂的制备及氧还原性能研究[D];华南理工大学;2018年
3 张晓华;非贵金属氧还原催化剂的设计合成及氧还原历程研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所);2018年
4 曾黎明;基于氧还原和析出反应的金属复合催化剂设计和制备[D];中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所);2018年
5 赵宇;新型碳基无金属氧还原电催化剂的制备及其作用机理研究[D];南京大学;2013年
6 Syed Shoaib Ahmad Shah;金属有机框架(MOF)衍生的非贵金属氧还原催化剂的研究[D];重庆大学;2018年
7 艾可龙;非贵金属氧还原反应催化剂的可控制备及催化应用研究[D];吉林大学;2018年
8 王海涛;钴、铁改性氮掺杂碳基氧还原电催化剂的制备及性能研究[D];华中科技大学;2018年
9 张双双;非铂类高效氧还原催化剂设计及性能研究[D];中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所);2017年
10 崔超男;电化学二氧化碳还原和氧还原的密度泛函理论研究[D];天津大学;2017年
相关硕士学位论文 前10条
1 王小利;生物质基碳材料的制备及其氧还原的研究[D];重庆大学;2018年
2 袁慧;钴酸镍纳米材料的制备及氧还原反应性能的研究[D];武汉理工大学;2018年
3 刘少君;钴—杂原子掺杂碳复合氧还原纳米电催化剂的设计与构筑[D];武汉理工大学;2018年
4 陈思聪;共价三嗪框架负载过渡金属氧化物在氧还原反应中的应用[D];天津大学;2018年
5 彭祥凤;等离子体可控制备金属氧化物及氧还原性能研究[D];天津大学;2018年
6 蒙紫薇;自负载Fe-N-C氧还原电催化剂的设计制备及性能研究[D];北方民族大学;2019年
7 王书敬;多元金属/碳纳米管复合材料的制备及电催化性能研究[D];中国石油大学(华东);2017年
8 严萍;Fe_3C(Co)/N掺杂碳复合物的制备与电催化氧还原的性能研究[D];安徽大学;2019年
9 钟文华;基于甲壳素的高性能氧还原电催化剂的制备与性能研究[D];深圳大学;2018年
10 张向春;含氮高分子的设计合成及其构建氧还原催化剂的研究[D];深圳大学;2018年
本文编号:2875120
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2875120.html