MOFs基钴氮掺杂碳及其复合材料的制备和氧还原催化性能研究
发布时间：2023-04-22 05:40
燃料电池作为高效、清洁的可持续能源装置,近些年受到研究者们的广泛关注。然而,缓慢的阴极氧还原反应(ORR)动力学过程是影响其电池性能的重要因素,因此开发高效阴极催化剂是至关重要的。铂基贵金属是目前性能优异的ORR催化剂,但是易被甲醇毒化使其催化性能下降,并且昂贵的价格和有限的资源限制了其大规模商业生产。因此,研究开发价格低廉、催化活性高和稳定性好的非贵金属材料来代替铂基贵金属催化剂,是实现燃料电池商业应用的有效手段。MOFs衍生的金属氮掺杂碳及其复合材料是有潜力的铂基贵金属电催化剂代替品。MOFs具有较高的化学稳定性和热稳定性、较大的比表面积、可调节的孔结构、较高的碳含量等优点,在高温条件下煅烧制备的金属氮掺杂碳材料能保持前驱体的多孔结构,而且制备材料的活性位点均匀分布在碳层上。本文以Co-MOF晶体作为前驱体,在惰性气体中高温煅烧制备金属钴氮掺杂碳材料;还将Co-MOF和其他氮源混合,在惰性气体中高温煅烧制备了钴氮掺杂碳/碳纳米管复合材料,研究了这些材料的氧还原催化性能。探究了不同碳化温度、配体中不同氮含量对所制备的金属氮掺杂碳材料的氧还原催化性能的影响。具体研究内容如下:1、在溶剂...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究意义和背景
1.2 燃料电池组成及工作原理
1.3 燃料电池氧还原催化剂研究进展
1.3.1 铂基贵金属氧还原催化剂
1.3.2 非铂基贵金属氧还原催化剂
1.4 金属有机骨架材料概述及在电催化中应用
1.4.1 金属有机骨架材料(MOFs)
1.4.2 金属有机骨架材料作为前躯体制备氧还原催化剂
1.5 本课题的选题意义及研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验原料与试剂
2.1.1 实验所用仪器如下：
2.2 材料的表征技术
2.2.1 X-射线粉末衍射(XRD)测试
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)测试
2.2.3 透射电子显镜(TEM)测试
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)测试
2.2.5 拉曼光谱测试
2.2.6 氮气吸附脱附测试
2.2.7 热重分析测试
2.3 催化剂的制备方法及电化学测试
2.3.1 玻碳电极预处理
2.3.2 工作电极的制备
2.3.3 电化学性能测试
2.3.4 催化剂稳定性以及抗甲醇性能测试
第三章 以[Co(INA)2]·0.5EtOH为前驱体制备钴氮掺杂多孔碳氧还原剂及其电催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 前驱体[Co(INA)2]·0.5EtOH的制备
3.2.2 钴氮掺杂碳材料(Co-N/C-T)的制备
3.2.3 工作电极制备方法
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 前驱体[Co(INA)2]·0.5EtOH的X-射线粉末衍射图
3.3.2 前驱体[Co(INA)2]·0.5EtOH的热重图
3.3.3 Co-N/C-T的XRD和Raman表征
3.3.4 Co-N/C-T的低倍透射图
3.3.5 Co-N/C-T的BET测试分析
3.3.6 X射线光电子能谱分析
3.3.7 电化学催化性能测试
3.4 本章小结
第四章 以[Co2(u-OH2)(pyc)4](DMF)为前驱体制备钴氮掺杂多孔碳及其氧还原性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂
4.2.2 前驱体[Co2(u-OH2)(pyc)4](DMF)制备
4.2.3 钴氮掺杂碳材料(Co-N/C)的制备
4.3 实验结果与讨论
4.3.1 前驱体[Co2(u-OH2)(pyc)4](DMF)的X射线衍射分析
4.3.2 前驱体[Co2(u-OH2)(pyc)4](DMF)的热重分析
4.3.3 Co-N/C-T的XRD和Raman表征
4.3.4 Co-N/C-800材料的低倍透射图
4.3.5 Co-N/C-T材料的XPS射线衍射分析
4.3.6 电化学性能测试
4.4 本章小结
第五章 MOF基钴氮掺杂碳/碳纳米管复合材料的制备及其氧还原性能研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 前驱体[Co(INA)2]·0.5EtOH的制备
5.2.2 [Co(INA)2]·0.5EtOH和三聚氰胺的混合前驱体制备
5.2.3 Co-N-C@CNT制备方法
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 Co-N-C@CNT的XRD和Raman表征
5.3.2 Co-N-C@CNT的低倍透射图
5.3.3 Co-N-C@CNT的XPS能谱分析
5.4 电化学性能测试
5.5 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
附录I 硕士在读期间发表论文和学术交流情况
致谢
本文编号：3797028
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究意义和背景
1.2 燃料电池组成及工作原理
1.3 燃料电池氧还原催化剂研究进展
1.3.1 铂基贵金属氧还原催化剂
1.3.2 非铂基贵金属氧还原催化剂
1.4 金属有机骨架材料概述及在电催化中应用
1.4.1 金属有机骨架材料(MOFs)
1.4.2 金属有机骨架材料作为前躯体制备氧还原催化剂
1.5 本课题的选题意义及研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验原料与试剂
2.1.1 实验所用仪器如下：
2.2 材料的表征技术
2.2.1 X-射线粉末衍射(XRD)测试
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)测试
2.2.3 透射电子显镜(TEM)测试
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)测试
2.2.5 拉曼光谱测试
2.2.6 氮气吸附脱附测试
2.2.7 热重分析测试
2.3 催化剂的制备方法及电化学测试
2.3.1 玻碳电极预处理
2.3.2 工作电极的制备
2.3.3 电化学性能测试
2.3.4 催化剂稳定性以及抗甲醇性能测试
第三章 以[Co(INA)2]·0.5EtOH为前驱体制备钴氮掺杂多孔碳氧还原剂及其电催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 前驱体[Co(INA)2]·0.5EtOH的制备
3.2.2 钴氮掺杂碳材料(Co-N/C-T)的制备
3.2.3 工作电极制备方法
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 前驱体[Co(INA)2]·0.5EtOH的X-射线粉末衍射图
3.3.2 前驱体[Co(INA)2]·0.5EtOH的热重图
3.3.3 Co-N/C-T的XRD和Raman表征
3.3.4 Co-N/C-T的低倍透射图
3.3.5 Co-N/C-T的BET测试分析
3.3.6 X射线光电子能谱分析
3.3.7 电化学催化性能测试
3.4 本章小结
第四章 以[Co2(u-OH2)(pyc)4](DMF)为前驱体制备钴氮掺杂多孔碳及其氧还原性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂
4.2.2 前驱体[Co2(u-OH2)(pyc)4](DMF)制备
4.2.3 钴氮掺杂碳材料(Co-N/C)的制备
4.3 实验结果与讨论
4.3.1 前驱体[Co2(u-OH2)(pyc)4](DMF)的X射线衍射分析
4.3.2 前驱体[Co2(u-OH2)(pyc)4](DMF)的热重分析
4.3.3 Co-N/C-T的XRD和Raman表征
4.3.4 Co-N/C-800材料的低倍透射图
4.3.5 Co-N/C-T材料的XPS射线衍射分析
4.3.6 电化学性能测试
4.4 本章小结
第五章 MOF基钴氮掺杂碳/碳纳米管复合材料的制备及其氧还原性能研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 前驱体[Co(INA)2]·0.5EtOH的制备
5.2.2 [Co(INA)2]·0.5EtOH和三聚氰胺的混合前驱体制备
5.2.3 Co-N-C@CNT制备方法
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 Co-N-C@CNT的XRD和Raman表征
5.3.2 Co-N-C@CNT的低倍透射图
5.3.3 Co-N-C@CNT的XPS能谱分析
5.4 电化学性能测试
5.5 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
附录I 硕士在读期间发表论文和学术交流情况
致谢
本文编号：3797028
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