多孔电化学材料的制备及其在能量存储与转化中的应用

发布时间：2017-06-10 05:05

  本文关键词：多孔电化学材料的制备及其在能量存储与转化中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多孔材料因其具有高比表面积,独特的孔隙结构和良好的结构稳定性,作为电化学能量存储和转换材料,性能优良。在本文中,对多孔碳材料、多孔贵重金属合金的结构及其电化学性能进行了研究。1、以生物质材料阿拉伯树胶180℃水热反应后,制得前驱体,经700-900℃高温KOH活化,得到比表面积高、孔径分布良好的多孔碳材料,并将其用作双电层超级电容器的电极材料。通过控制活化温度来调控材料的孔隙率,从而研究材料孔隙率对电容性能的影响。实验结果表明,在6 M KOH电解液中,1 A g-1电流密度下,其比电容高达272 F g-1。2、以果胶为碳源,经水热碳化和化学活化制备的多孔碳球(PCSs),因其具有比表面积高(2440 m2g-1)、导电性能好、良好的倍率特性、比容量高、循环稳定性好等优点,可用作超级电容器的电极材料。此外,PCSs还是良好的催化剂载体。用甲酸还原H2PtCl6·H2O制备出均匀负载在PCSs表面的Pt纳米线。实验结果表明,三维结构的PtNWs/CS催化剂中,碳球载体表面的含氧基团增强了材料的亲水性,提高了材料的催化活性,同时极大程度改善了催化剂的抗CO中毒能力。3、以海藻酸为碳前驱体,通过水热法制备出水热碳,在600-900℃高温下用KOH活化,制备出孔隙度可控的多孔空心碳球(PHCSs),比表面积高达2421 m2g1,微/介孔分级结构明显,含有大量的有氧官能团,作为超级电容器的电极材料表现出良好的性能。在1 Ag-1电流密度下,比电容高达314 F g-1。作为Pt纳米晶的支撑材料,PHCSs也表现出优异。通过多元醇辅助还原法制得的Pt/PHCS,在甲醇氧化反应(MOR)中表现出较高的催化活性,由于PHCSs的表面化学性能使得材料的抗CO中毒能力大幅提高。4、以乙二醇为还原剂,嵌段共聚物Pluronic F127为结构导向剂,一步法水热合成孔隙率高、元素比例可调控的多孔Pt-Cu合金催化剂,具有三维网状结构。通过研究时间变量对多孔结构形成机制的影响,发现Pt53Cu47合金具有独特的三维分级多孔网状结构,以纳米晶枝为结构单元,通过自组装形成高比表面积、凹凸不平的拓扑结构和开放的多孔结构。与市售Pt/C催化剂相比,Pt53Cu47在甲醇、乙醇的电氧化反应中表现出超强的催化活性,相同条件下合成的Pt73Cu27亦表现不俗。
【关键词】：燃料电池 超级电容器 多孔碳 电催化剂 铂 醇电化学氧化
【学位授予单位】：信阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 超级电容器12-17
• 1.1.1 引言12-14
• 1.1.2 超级电容器的储能机制14-17
• 1.2 燃料电池17-19
• 1.2.1 燃料电池概述17-18
• 1.2.2 燃料电池催化剂18-19
• 1.3 多孔材料19-25
• 1.3.1 多孔碳材料的合成及应用19-21
• 1.3.2 多孔铂的合成及应用21-25
• 1.4 论文主要研究内容及创新点25-26
• 第2章 可控微孔碳球在超级电容器电极材料中的应用26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-29
• 2.2.1 实验仪器26-27
• 2.2.2 实验试剂27
• 2.2.3 表征仪器及参数27-28
• 2.2.4 多孔碳微球的制备28
• 2.2.5 工作电极的制备及电化学测试方法28-29
• 2.3 结果与讨论29-37
• 2.3.1 微孔碳球的结构表征29-33
• 2.3.2 微孔碳球的电化学性能测试33-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 多孔碳在超级电容器及甲醇乙醇燃料电池催化剂中的应用38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 实验部分38-41
• 3.2.1 实验仪器38-39
• 3.2.2 实验试剂39
• 3.2.3 多孔碳球(PCSs)的合成39
• 3.2.4 碳球担载Pt纳米线(PtNWs/CS)催化剂的合成39
• 3.2.5 材料的结构表征方法39-40
• 3.2.6 工作电极的制备及电化学测试方法40-41
• 3.3 结果与讨论41-49
• 3.3.1 碳材料的表征41-43
• 3.3.2 电化学实验43-46
• 3.3.3 PtNWs/CS催化剂的表征46-47
• 3.3.4 PtNWs/CS催化剂的电化学性质47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 多孔空心碳球作为超级电容器电极材料及Pt催化剂载体的应用研究50-63
• 4.1 引言50-51
• 4.2 实验部分51-52
• 4.2.1 实验仪器51
• 4.2.2 实验试剂51
• 4.2.3 多孔空心碳球(PHCSs)的合成51
• 4.2.4 Pt/PHCS催化剂的合成51
• 4.2.5 材料的表征方法51-52
• 4.2.6 工作电极的制备及电化学测试方法52
• 4.3 结果与讨论52-62
• 4.3.1 PHCSs的表征52-56
• 4.3.2 PHCSs的电化学性能测试56-58
• 4.3.3 Pt/PHCS的表征58-60
• 4.3.4 Pt/PHCS催化甲醇氧化反应60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 3D多孔网状Pt-Cu合金在催化甲醇、乙醇氧化中的应用63-78
• 5.1 引言63-64
• 5.2 实验部分64-65
• 5.2.1 实验仪器64
• 5.2.2 实验试剂64
• 5.2.3 Pt-Cu合金的制备64
• 5.2.4 表征仪器及参数64-65
• 5.3 结果与讨论65-77
• 5.3.1 Pt-Cu合金的结构表征65-74
• 5.3.2 Pt-Cu合金的电催化氧化74-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第6章 结论78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-91
• 攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录91-92

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本文编号：437451