用生物质制备氮、磷、铁共掺杂纳米多孔碳
本文选题:纳米多孔碳 + 锌-空气电池 ; 参考:《安徽大学》2017年硕士论文
【摘要】:碱性介质中氧化还原电催化剂对于电化学装置如燃料电池和金属空气电池至关重要。这里,我们用简单的方法将可回收利用的生物质玉米须制备成氮、磷和铁掺杂纳米多孔碳催化剂。玉米须是一种廉价、可回收的植物生物质,为开发低成本、高产率的催化剂提供了良好的基础。与20%Pt/C催化剂相比,我们制备的典型产物表现出相当高的催化活性、稳定性好、耐碱性介质中甲醇的中毒,起始电位和半峰电位比20%Pt/C催化剂高30 mV和26 mV。典型产物具有高的比表面积(1038.9 m2 g-1)和孔体积(0.83cm3g-1),是目前最好的ORR催化剂之一。金属-空气电池由于其能量密度高、功率密度高以及安全性高,是一种前途很广的能源设备。锌由于其含量丰富、成本低廉以及对环境无污染,所以是金属空气电池阳极材料的首选之一。然而锌-空气电池的电池性能在很大程度上受到空气电极的限制,其中氧还原反应过程(ORR)很慢。所以发展高性能的锌-空电池的空气电极催化剂(氧还原反应过程)是非常重要的。因此添加某些过渡金属(例如铁和钴)的氮掺杂碳材料可以大大促进氧化还原活性。氮、磷和铁等元素的掺杂碳催化剂也显示出了优异的ORR催化性能。在锌-空电池中N-P-Fe催化剂比Pt/C表现出更高的电压和更高的比容量,所以它可能会替代Pt/C在锌-空电池中的应用。
[Abstract]:Redox electrocatalysts in alkaline media are important for electrochemical devices such as fuel cells and metal air batteries. Here, we prepared the recycled biomass corn into nano-porous carbon catalysts doped with nitrogen, phosphorus and iron by a simple method. Corn is a cheap and recoverable plant biomass, which provides a good basis for the development of low cost and high yield catalyst. Compared with the 20%Pt/C catalyst, the typical products showed high catalytic activity and good stability. The initial potential and half peak potential were 30 MV and 26 MV higher than those of the 20%Pt/C catalyst. The typical product has a high specific surface area of 1038.9 m2 g-1) and a pore volume of 0.83cm3g-1C, which is one of the best catalysts for ORR at present. Metal-air battery is a promising energy equipment because of its high energy density, high power density and high safety. Zinc is one of the preferred anode materials for metal air batteries due to its rich content, low cost and no pollution to the environment. However, the performance of zinc-air battery is largely limited by the air electrode, in which the process of oxygen reduction is very slow. Therefore, it is very important to develop high performance air electrode catalyst for zinc-air battery (oxygen reduction process). Therefore, nitrogen-doped carbon materials with some transition metals (such as iron and cobalt) can greatly promote the redox activity. Carbon catalysts doped with nitrogen, phosphorus and iron also showed excellent ORR catalytic performance. N-P-Fe catalyst has higher voltage and higher specific capacity than Pt/C in zinc-air battery, so it may replace Pt/C in zinc-air battery.
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36;TM911.41
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