氮掺杂石墨烯/Pt-Sn复合材料制备及电催化性能研究

发布时间：2024-04-22 04:20

　　随着化石燃料的匮乏和环境污染问题的持续加剧,直接乙醇燃料电池(DEFCs)作为具有高的能量转化效率和无污染的一种潜在能源装置,倍受瞩目。然而,高成本、低性能阳极催化剂的研究现状制约了直接燃料电池的大规模商业化。近年来,石墨烯(Graphene)由于具有超高的比表面积、优异的电导性、良好的化学稳定性以及丰富的掺杂特性等特点,因此已成为直接乙醇燃料电池的一种理想支撑材料,可以用来构建高效的复合催化剂。大量的文献以及实验研究表明,氮掺杂石墨烯(NG)作为铂(Pt)或Pt基催化剂的支撑材料能够在一定程度上提高氧还原催化能力。氮掺杂石墨烯的含氮官能团为贵金属颗粒提供额外的锚定位,从而使更多的金属粒子负载到石墨烯片层上,从而提高Pt的利用率。氮掺杂石墨烯的含氮量也影响着催化剂的形貌、金属纳米颗粒的分散性和粒径大小,这在一定程度上影响了燃料电池的电催化性能。另外,为了提高Pt催化剂的抗CO中毒性、降低成本,会向Pt中掺入其他过渡金属,合成二元或三元复合催化剂,以推动直接乙醇燃料电池的进一步商业化应用。因此,为了降低成本并提高催化效率,本实验主要使用水合肼还原由改进的Hummers法制备出的氧化石墨烯...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述与选题背景
    1.1 引言
    1.2 燃料电池
        1.2.1 燃料电池简介
        1.2.2 燃料电池的特点
        1.2.3 直接乙醇燃料电池
        1.2.4 直接乙醇燃料电池发展现状
        1.2.5 直接乙醇燃料电池的构造及工作原理
    1.3 DEFC阳极催化剂的研究进展
        1.3.1 一元催化剂
        1.3.2 二元催化剂
        1.3.3 多元催化剂
        1.3.4 其它催化剂
    1.4 燃料电池中碳载体材料研究
    1.5 石墨烯作为DEFC催化剂载体材料的进展
        1.5.1 石墨烯的制备
        1.5.2 石墨烯的功能化
        1.5.3 石墨烯负载金属及其电催化性能研究
        1.5.4 氮掺杂石墨烯作为载体材料的研究进展
    1.6 本课题的意义和研究内容
第二章 实验方法
    2.1 实验试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 氧化石墨烯的制备
    2.4 复合催化剂的制备
        2.4.1 石墨烯/铂锡催化剂的制备
        2.4.2 不同氮含量掺杂石墨烯/铂锡催化剂的制备
    2.5 材料结构表征
        2.5.1 X射线衍射分析
        2.5.2 傅里叶变换红外光谱
        2.5.3 透射电子显微镜分析
        2.5.4 X射线光电子能谱分析
    2.6 电化学测试
        2.6.1 工作电极的制备
        2.6.2 循环伏安（CV）法
        2.6.3 计时电流法
第三章 氮掺杂石墨烯/铂锡复合催化剂的结构表征
    3.1 XRD谱图分析
    3.2 红外吸收光谱分析
    3.3 X射线光电子能谱分析
    3.4 透射电子显微镜分析
    3.5 小结
第四章 氮掺杂石墨烯/铂锡复合催化剂的电化学性能
    4.1 电化学分析
    4.2 电催化乙醇的基本过程和可能机理
    4.3 小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及研究成果
致谢



本文编号：3961920