多孔碳材料的功能调控及其电催化性能研究

发布时间：2021-07-26 18:14

　　随着能源危机和环境破坏的加剧,燃料电池、金属-空气电池和水电解槽技术已被公认为是高效的能源转换以及化石燃料替代品的新能源技术。高效的氧还原反应（ORR）、析氢反应（HER）和析氧反应（OER）催化剂在这些可再生能源技术中发挥着重要的作用。目前,贵金属（如铂、钌和铱）及其合金在这些反应中表现出优异的电化学性能。然而,这些贵金属催化剂高成本和稀缺阻碍了这些新能源技术大规模应用。因此,开发低成本、高活性的非贵金属催化剂来替代贵金属催化剂已成为当务之急。以过渡金属（Fe,Co,Ni）为金属中心的金属有机框架材料（MOFs）具有结构可控、比表面积大、孔径可调等优点,在电化学催化领域中引起了广泛的研究兴趣。本文的设计思路为分别以Fe、Co和Ni三种金属为金属中心,通过调节配体的结构和组成来实现对最终材料比表面积、化学组成的调控,从而达到优化催化性能的目的。本论文制备出了三种高效的非贵金属电催化剂。首先,以石墨烯（Gr）为载体以增加材料的导电性和稳定性,利用溶剂热法制备了ZnCo-MOF/Gr,通过高温热解并调节热解温度获得具有高活性位点密度Co和N修饰的多孔碳材料（Co-N-C-T）。其次,以醋酸... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

H2-O2燃料电池的工作原理图

图 1.1 H2-O2燃料电池的工作原理图[5]接甲醇燃料电池(DMFC)所使用的燃料是液体甲醇或者甲醇蒸汽，该过程通空气将甲醇氧化从而产生电流，不涉及到氢气的产生和存储，是直接将化学电能的能量转换装置。DMFC 装置结构简单，甲醇燃料的来源丰富、补给方存以及运输。DMFC 的基本结构如图 1.2 所示，DMFC 单电池主要由阴极、质子交换膜三部分构成，其中扩散层和催化剂层构成了电池电极。目前，阳使用的是商业 PtRu/C 贵金属催化剂，阴极催化剂使用的是商业 Pt/C 贵金属一般使用碳纸或碳布作扩散层，它不但可以支持催化层，还能起到传递质子流的作用。常用全氟磺酸膜用作质子交换膜，主要作用对反应物进行分离，传递、传导质子以及阻挡电子传导的作用。

H*、O*和 OH*等中间体与催化剂的结合能是 ORR 反应动力合能既不能太高，也不太低，这是决定 ORR 过电位和本这些中间体与催化中心的结合强度，ORR 的速率决定步骤中间体与催化剂的结合能很强的话，催化剂中 OOH*和 OH那些结合强度较弱的催化剂来说，O2质子化形成的中间体过调节催化剂的局域电子结构来调节中间产物的吸附能是。近年来，理论研究表明，OH*和 OOH*的结合能与催化剂。这种关系 GOOH=GOH+0.32±0.2 eV 适用于 Pt 和其他催化即使是在火山图顶部的催化剂也仍有较大的过电位。因此发出比 Pt 基催化剂更有效的非贵金属催化剂的最有希望的

【参考文献】：
期刊论文
[1]低铂燃料电池氧还原催化剂的制备技术研究进展[J]. 南皓雄,党岱,田新龙.  化工进展. 2018(11)
[2]介孔氮掺杂碳材料应用于氧还原催化剂[J]. 周贺,何兴权.  长春理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]离子交换膜燃料电池技术的发展和应用前景[J]. 汪继强.  电源技术. 1995(04)

硕士论文
[1]碱性电解水析氢电极研究[D]. 徐超.湖南大学 2011



本文编号：3304093