碳基纳米材料的复合、修饰及其电催化应用

发布时间：2022-02-23 04:55

　　化石能源的大量使用造成了环境污染、能源短缺和气候变化等日益严重的问题,这极大地阻碍了人类社会的可持续发展。因此,亟需发展可持续能源储存和转化技术以满足持续且大量的能源需求。电解水制氢、电催化氮气还原是理想能源存储和转化技术的两种途径。贵金属催化剂由于表现出优异的电催化性能,是目前使用最多的电催化剂。但其高昂的价格和稀少的储量却极大地限制了其实际应用价值。因此,设计和开发低成本、储量丰富、高效且稳定的电催化剂具有十分重要的现实意义。本论文以设计高效的碳基纳米催化剂并对催化剂进行结构修饰、材料复合与电子调控手段以提高催化剂的催化活性为目的设计了以下高效的电催化剂:1.采用铁掺杂的镍基金属有机框架结构材料为前驱体,通过可控的程序升温技术制备了氮掺杂的碳微球,且铁掺杂的镍纳米粒子均匀地分布于碳层上。实验表明,掺杂量为5%的催化剂（Fe（5%）-Ni@NC）在1 M KOH中,氧气析出反应（OER）的电流密度为10 mA cm^-2时,过电势仅为257 mV,Tafel斜率为54.6 mV dec^-1,且具有优异的电化学稳定性。此外,我们还比较了不同的掺... 

【文章来源】：青岛大学山东省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 氧气析出反应和氮气还原反应概述
        1.1.1 氧气析出反应
        1.1.2 氮气还原反应
    1.2 碳基纳米电催化剂的构效关系调控策略
        1.2.1 杂原子掺杂
        1.2.2 表面修饰/复合
        1.2.3 边缘位点及缺陷调控
    1.3 碳基纳米催化剂的研究进展
        1.3.1 在氧气析出反应中的研究进展
        1.3.2 在氮气还原反应中的研究进展
    1.4 本论文的研究意义和研究内容
第二章 实验方法
    2.1 实验试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 催化剂的电化学性能测试
        2.3.1 线性扫描伏安法
        2.3.2 计时电流法
        2.3.3 循环伏安法
        2.3.4 交流阻抗法
    2.4 电化学参数
        2.4.1 过电势
        2.4.2 Tafel斜率
        2.4.3 法拉第效率
第三章 MOF衍生的Fe-Ni@NC析氧反应电催化剂的制备及催化性能的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 催化剂的制备过程
        3.2.2 电化学测试
    3.3 实验结果与讨论
    3.4 本章小结
第四章 单宁酸修饰rGO催化剂的制备及其氮气还原催化性能的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 材料制备
        4.2.2 电化学测试
        4.2.3 NH3测定
        4.2.4 N2H4测定
    4.3 实验结果与讨论
    4.4 本章小结
第五章 结论
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]掺杂钴、氮、硫、磷的碳骨架作为电化学析氧反应的高效催化剂（英文）[J]. 曹佳梅,冯永强,刘宝勇,李洪光.  Science China Materials. 2018(05)
[2]Lowering reaction temperature: Electrochemical ammonia synthesis by coupling various electrolytes and catalysts[J]. Xinghua Guo,Yunpei Zhu,Tianyi Ma.  Journal of Energy Chemistry. 2017(06)



本文编号：3640916