Co/Fe氧化物可控制备及氧还原催化性能研究

发布时间：2021-10-10 23:32

　　随着社会经济的高速发展,能源的大量消耗带来了各种污染问题,影响着人类的健康,制约着社会进步。燃料电池作为一种绿色环保的高效能源装置受到人们的关注。然而,燃料电池缓慢的阴极氧还原反应（ORR）是制约燃料电池广泛应用的重要因素,目前最常见的催化剂是铂基催化剂,但是它成本高昂,资源有限,易因甲醇中毒而影响催化活性。因此,开发稳定性好、价格低廉、催化性能优的阴极氧还原反应催化剂,是实现燃料电池商业应用的有效手段。金属有机框架材料（MOFs）是一种由金属离子与有机官能团有序配位而成的具有多孔结构的晶体复合材料,它具有很多优势,例如较稳定的结构,可调节的孔结构,较大的比表面积及孔隙率等,可以用于电催化氧还原反应。本文主要基于铁、钴、镍三种过渡金属元素制备了形貌优良的过渡金属氧化物MOFs材料,并做了多种表征,探讨了它们的电催化氧还原性能。具体研究内容如下:通过冷凝回流法制备了基于Co₃O₄金属有机框架材料（MOFs）,在氮气下退火,通过XRD、SEM、拉曼光谱对材料进行了表征,用三电极体系对材料的氧还原性能进行了测试,通过在制备前掺杂石墨烯,制备后氮气下... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

燃料电池工作示意图

图 2-3 不同条件改性 Co3O4SEM 图：（a）Co3O4（b）Co3O4@GO（c）Co3O4-CoP（d）Co3O4-CoP @GO2.3.2 不同条件改性 Co3O4在碱性介质中电催化性能研究图 2-4 是不同条件改性 Co3O4在氧饱和的 KOH 溶液中循环伏安曲线图，我们可以从图中清晰看出，四种材料都出现了还原峰，还原峰的电压由表2-3给出。我们可以看到的是，未经过改性的 Co3O4材料的还原峰电压是最大的 0.77 V vsRHE，经过石墨烯掺杂，还原峰电压的变化都不是很大，是 0.76 V vs RHE。Co3O4-CoP逆向偏移了0.09 V vs RHE。Co3O4-CoP@GO的还原峰电压是0.75 V vsRHE。经过不同条件的改性，峰电流提升明显，Co3O4@GO（0.34mA/cm-2）、Co3O4-CoP（0.42mA/cm-2）、Co3O4-CoP@GO（0.55mA/cm-2）分别比原始 Co3O4提升了 11.3%、14.0%、18.3%。Co3O4-CoP@GO 的峰电流提升最大。

拟合得出的塔菲尔斜率分别是：Co3O4（45.0mV/Dec）、Co3O4@GO（32.8mV/Dec）、Co3O4-CoP（30.0mV/Dec）、Co3O4-CoP@GO（19.2mV/Dec）。Co3O4-CoP@GO 的塔菲尔斜率最小，这说明它具有更快速的电子传输动力学。根据四种材料的 LSV 极化曲线，根据 K-L 方程计算不同电压下的电子转移数。在0.2V条件下，电子转移数分别计算得到Co3O4（n=4.53）、Co3O4@GO（n=3.90）、Co3O4-CoP（n=3.17）、Co3O4-CoP@GO（n=4.36）。说明四种材料 ORR 反应都符合四电子反应过程，Co3O4-CoP@GO 的催化选择性最佳。

【参考文献】：
期刊论文
[1]阴离子膜燃料电池阴极Co3O4/C催化剂的制备及ORR性能[J]. 王东超,黄乃宝,孙银,张俊杰,詹溯.  大连海事大学学报. 2017(03)
[2]中国环境污染损害鉴定评估研究进展[J]. 邢洁,曲茉莉,李立欣,刘继凤.  环境科学与管理. 2016(05)
[3]中国环境污染与人类发展的实证研究[J]. 李晓羽,盛鹏飞,杨俊.  重庆大学学报(社会科学版). 2015(01)

博士论文
[1]过渡金属磷化物及其复合物的制备与电催化性能研究[D]. 郑海燕.北京科技大学 2019



本文编号：3429359