非贵金属/石墨烯复合材料的制备及其氧还原催化性能研究

发布时间：2021-05-07 15:33

　　阴极氧还原反应是制约燃料电池、金属-空气电池等发展的主要因素,目前阴极氧还原催化活性最好的是贵金属铂（Pt）,但Pt资源稀少、成本昂贵、稳定性和抗毒性有限,这阻碍了它的大规模实际应用。因此,研究高效、廉价、稳定的阴极氧还原催化剂来替代Pt具有非常重要的意义,其中非贵金属氧还原催化剂是一种很有前景的研究方向。本文采用了不同方法制备出了多种基于非贵金属（氢氧化物、氧化物或单质）/石墨烯的复合纳米材料,采用电化学研究方法结合其它物理化学表征方法对复合材料的结构和氧还原性能进行了系统研究。具体研究内容如下:（1）通过实验条件的控制,分别合成了?/γ-Fe OOH/GO、?-Fe OOH/GO、Fe3O4/GO和?-Fe2O3/GO四种复合材料（在实验过程中氧化石墨烯被部分还原）,在此基础上研究并比较了四种复合物的ORR催化性能。通过研究发现,在碱性电解液中,非贵金属Fe（氢）氧化物修饰的石墨烯,其氧还原催化活性相比石墨烯本身均得到了极大的提高,其中?-Fe2O3/GO表现出了最好的催化活性。研究揭露了铁的不同化合物修饰的石墨烯的阴极氧还原的催化行为,证明了Fe的存在形式（化学物种、晶相等）对材... 

【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪言
    1.1 氧还原反应的重要性
    1.2 氧还原催化剂的研究现状
        1.2.1 贵金属催化剂
        1.2.2 非贵金属催化剂
        1.2.3 非金属催化剂
    1.3 非贵金属/石墨烯复合材料的制备及其氧还原催化活性的研究
        1.3.1 石墨烯的概述
        1.3.2 非贵金属/石墨烯复合材料的制备方法
        1.3.3 非贵金属/石墨烯复合材料氧还原催化活性的研究
    1.4 本文研究的主要内容及意义
        1.4.1 主要内容
        1.4.2 意义
第2章 实验方法
    2.1 主要的实验试剂和仪器设备
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 主要仪器设备
    2.2 实验方法
    2.3 催化剂的物理表征方法及原理
        2.3.1 X射线粉末衍射仪（X-ray diffraction, XRD）
        2.3.2 透射电子显微镜（Transmission electron microscopy, TEM）
        2.3.3 扫描电子显微镜（Scanning Electronic Microscopy, SEM）和电子能谱仪（Energy Dispersive Spectrometer, EDS）
        2.3.4 拉曼光谱仪（Raman Spectrometer）
        2.3.5 热重分析仪（Thermal Gravimetric Analyzer, TGA）
    2.4 催化剂的电化学表征方法及原理
        2.4.1 循环伏安法（Cyclic Voltammetry, CV）
        2.4.2 线性伏安法（Linear Sweep Voltammetry, LSV）
        2.4.3 加速耐久性测试（Accelerated Durability Test, ADT）
        2.4.4 耐甲醇测试（Methanol-Tolerance）
第3章 铁(氢)氧化物/石墨烯复合材料的制备及其催化性能的比较研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 石墨烯的制备
        3.2.2 制备 α/γ-FeOOH/石墨烯复合材料（α/γ-FeOOH/GO）
        3.2.3 制备 α-FeOOH/石墨烯复合材料（α-FeOOH/GO）
        3.2.4 制备Fe3O4/石墨烯复合材料（Fe3O4/GO）
        3.2.5 制备a-Fe2O3/石墨烯复合材料（α-Fe2O3/GO）
    3.3 实验结果和讨论
        3.3.1 合成复合材料的机理
        3.3.2 复合材料的XRD图谱分析
        3.3.3 复合材料的微观结构分析
        3.3.4 复合材料的热重分析
        3.3.5 复合材料的拉曼光谱（Raman）分析
        3.3.6 复合材料氧还原催化活性的评价
    3.4 本章小结
第4章 金属钴/石墨烯复合材料的制备及催化性能的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 制备钴/石墨烯复合材料（Co/rGO）
    4.3 实验结果和讨论
        4.3.1 合成钴/石墨烯（Co/rGO）复合材料的机理
        4.3.2 钴/石墨烯复合材料（Co/rGO）的XRD分析
        4.3.3 钴/石墨烯（Co/rGO）的微观结构和成分分析
        4.3.4 复合材料氧还原催化活性的评价
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 本论文总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]SC-IrO2 NR-carbon hybrid:A catalyst with high electrochemical stability for oxygen reduction[J]. WANG GuangJin,CHENG Feng,YU Yi,LIANG Cong,XU Tian,PAN Mu.  Science China（Chemistry）. 2013(01)
[2]石墨烯:单原子层二维碳晶体——2010年诺贝尔物理学奖简介[J]. 朱宏伟.  自然杂志. 2010(06)
[3]热处理条件对氧化石墨结构和导电性能的影响(英文)[J]. 肖敏,杜续生,孟跃中,龚克成.  新型炭材料. 2004(02)



本文编号：3173640