非贵金属碳基纳米催化剂的制备及电催化氧气、氮气性能研究

发布时间：2022-10-10 20:10

　　能源短缺和环境污染是当今社会面临的两个亟需解决的问题,人类生产生活过度依赖石油、煤炭以及天然气等传统能源,不仅严重破坏了人类赖以生存的环境,而且也难以维持人类社会继续发展的需要。绿色清洁能源以及绿色制备化学品技术为人类的可持续发展提供了新的视野,如燃料电池、可充锌-空电池,是有望替代传统能源的清洁能源转化技术,将化学能有效地转化为电能。常温、常压电催化氮气还原合成氨是非常有前景的绿色制备化学品技术,如果能取代工业合成氨工艺,将极大减少合成氨工业对环境的污染。对于上述化学能转化为电能和电能转化为化学能技术,电极反应动力学缓慢,如氧气还原反应（ORR）、氧析出反应（OER）以及氮气还原反应（NRR）,需要高效催化剂加速这几类电极反应过程。目前,贵金属催化剂对这几类反应催化效果最好,但由于贵金属成本高、储量少,严重制约了它们的大规模商业化应用。因此,开发储量丰富的、高效的非贵金属催化剂,应用于上述电极反应,对改善当前的能源短缺和环境污染问题具有重要意义。本论文利用储量丰富的非贵金属（Fe、Mo）及杂原子（N、P）掺杂的碳,设计并合成了两类高效、稳定的氧气和氮气电极催化剂。通过对材料的形貌、组... 

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
前言
1 文献综述
    1.1 氮还原反应
        1.1.1 合成氨发展
        1.1.2 生物固氮酶
        1.1.3 电催化合成氨机理概述
        1.1.4 氨的检测
        1.1.5 非贵金属催化剂在氮气还原的研究进展
    1.2 氧还原反应
        1.2.1 ORR反应途径
        1.2.2 非贵金属催化剂在氧气还原的研究进展
    1.3 析氧反应
        1.3.1 OER机理概述
        1.3.2 非贵金属催化剂在氧气析出的研究进展
    1.4 本论文的选题背景与研究内容
2 实验材料试剂以及表征方法
    2.1 实验药品
    2.2 材料表征
        2.2.1 X射线电子能谱(XPS)
        2.2.2 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.3 透射电镜(TEM)
        2.2.4 扫描电镜(SEM)
        2.2.5 扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)和X射线吸收近边结构(XANES)
    2.3 电化学性能测试
        2.3.1 循环伏安(CV)测试
        2.3.2 旋转圆盘(RDE)测试
        2.3.3 锌空电池测试
        2.3.4 OER电化学测试
        2.3.5 NRR电化学测试
        2.3.6 氨标准曲线的测试以及铵根离子的检测
        2.3.7 肼标准曲线的测试以及肼的检测
3 磷掺杂双金属MOF衍生的催化剂制备及其NRR性能的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 催化剂Mo-C/Mo-PC的制备
        3.2.2 催化剂Fe-C/Fe-PC的制备
        3.2.3 MoFe-MOFs前驱体的制备
        3.2.4 催化剂MoFe-C微球/MoFe-PC微球的制备
        3.2.5 工作电极的制备
    3.3 结果讨论
        3.3.1 催化剂的结构及其表征
        3.3.2 电化学性能测试
    3.4 本章小结
4 氮、磷共掺杂碳纳米球的制备及其电催化氧气性能的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 催化剂前驱体的制备
        4.2.2 催化剂NPC-“Cs”的制备
        4.2.3 催化剂NPC和 Ni foam对比样的制备
        4.2.4 催化剂PC-“Cs”的制备
        4.2.5 工作电极的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 催化剂的结构及其表征
        4.3.2 电化学性能测试
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances in the precise control of isolated single-site catalysts by chemical methods[J]. Zhijun Li,Dehua Wang,Yuen Wu,Yadong Li.  National Science Review. 2018(05)



本文编号：3690275