Pd基纳米合金/氮硫共掺杂蜂窝碳的制备及其在锂空气电池中的性能研究

发布时间：2021-08-04 23:49

　　在全球提倡开发使用绿色高效的新能源时代,锂空气电池因以氧气作为阴极反应物,而具有极高的理论能量密度,引起越来越多的关注。然而其充放电过电位高,低倍率性能和低循环稳定性差等因素严重制约着锂空气电池的应用。由于空气电池正极上氧还原反应速率慢和高的过电势都直接制约电池的性能,所以科研工作者认为具有电催化活性的多孔材料作为锂空气正极材可以改善电池性能。目前为止,商业化的铂碳是一种拥有较高氧还原反应（ORR）电催化活性的催化剂,但是有限的产量和极高的价格限制了其大规模的应用。因此,设计研发出高效的非铂催化剂具有深远的意义。研究表明,钯与铂具有类似的电子结构、电化学性能,在碱性条件下表现出较高氧还原反应催化活性,且具有成本优势,是一种可替代铂的贵金属。然而,商业钯碳ORR催化活性只有铂碳的五分之一。本文认为可以通过两种途径在降低钯用量的同时,又能提高其ORR催化效率。（1）钯与非贵金属（Ni、Cu、W等）纳米合金化,降低Pd合金催化剂中Pd的含量;（2）制备非金属元素掺杂的多孔碳载体,两者具有多层次的协同作用,从而在减少钯用量的基础上展现出更高的催化效率。综上所述,本文开展了以下的工作:1.采用自... 

【文章来源】：深圳大学广东省

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂空气电池原理图

图 3-1 丙烯腈低聚物合成反应过程Figure 3-1 Preliminary reaction mechanism in the synthesis of oligomers of acrylonitrile.3.3.1.2ANT 热处理过程的结构状态变化类似于聚丙烯腈，液态丙烯腈低聚物在热处理过程中也会发生一系列反应，实验证明：刚合成的功能化液态丙烯腈低聚物（ANT）在常温下是一种黄色液体；经过 180℃预氧化变为深褐色的粘稠物，在 240 ℃下 ANT 直接转化为褐色粉末，失去流动性；高温碳化变为黑色的粉末，状态变化如图 3-2（a）所示。发生这种变化的原因是：如图 3-2(b)所示：在空气中预氧化，链状的低聚物会发生环化进行深度交联变为具有稳定结构的固态物质；碳化则形成更加稳定的类石墨碳，这样可以增加碳骨架的稳定性以及增加材料的导电性[75]。因此，功能化的液态丙烯腈低聚物（ANT）可以当作一种良好的碳前驱体。

图 3-3 丙烯腈，ANT（25 ℃）和 ANT 预氧化过程的 FT-IR 光谱Fig 3-3 FT-IR of C3H3N,ANT (25 ℃),ANT (180 ℃) andANT (240 ℃).了探究丙烯腈单体在初步合成功能化液态丙烯腈低聚物，以及功能化在预氧化中发生的交联反应，本文通过红外光谱分析仪对其进行表征图中 2300 cm-1的伸缩振动吸收峰认为是-CN 侧基引起的，1740 cm-1-COOH 的-C=O 双键，1610 cm-1的吸收峰属于 C=C 双键[10,75]。由此氧化的深入，液态丙烯腈低聚物交联化程度变大。从图 3-3 可知，由常温到 180 ℃再到 240 ℃预氧化，-CN 侧基的吸收基碳氮三键逐渐转化为-C=N 双键；-COOH 的逐渐消失说明在热处理转化；C=C 双键的出现，说明 ANT 主链中的碳碳单键逐渐转化为不


本文编号：3322632