碳基非贵金属催化剂的合成及其催化性能研究
发布时间：2021-10-12 07:22
锌空气电池有着高的理论能量密度、绿色环保以及安全可靠等优势,应用前景广阔。然而现在广泛使用的贵金属催化剂价格昂贵并且稳定性能差,限制了锌空气电池的商业化应用。碳纳米材料有着大的比表面积、高的导电性、价格便宜等优点,通过氮元素掺杂可以提高催化性能,引入过渡金属使其具有优秀的双功能催化性能。本文通过简单的高温热解过程制备了碳基非贵金属催化剂,并对其催化性能进行了研究。首先以聚酰亚胺隔膜作为碳源和氮源,四水乙酸钴为钴源,经简单的高温热解制备出钴氮共掺杂的碳纳米材料（Co/N/C）催化剂。表征结果显示,Co/N/C材料中钴元素分布在多孔碳纳米材料的内部及表面,碳材料表现出大量的介孔结构,有着较大的比表面积;并且掺入的氮元素主要是以吡啶氮形式存在。Co/N/C材料在碱性溶液中展现出良好的氧还原/氧析出双功能催化活性。将其应用于锌空气电池空气电极,Co/N/C材料表现出优秀的双功能催化性能以及良好的循环稳定性。引入升华硫粉作为硫源,以聚酰亚胺隔膜作为碳源和氮源,四水乙酸钴为钴源,经过高温热解制备出钴硫氮共掺杂的碳纳米材料（Co-S/N/C）催化剂。表征结果显示,Co-S/N/C中钴的硫化物颗粒分布...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水系锌空气电池结构示意图和空气电极三相反应区[22]
图 1.2 锌空气电池充放电循环时的两电极和三电极结构[48]Figure 1.2 Structure of two and three electrodes for charge-discharge cycle of zinc-aibatteries[48]2）锌电极电极侧主要发生金属锌的氧化溶解于锌酸盐的还原沉积过程，常用的锌片和锌粉，锌金属的颗粒表面积越大，其电化学性能越好。但锌金属的大，会加快锌电极与电解液中水的副反应，加剧金属锌的损耗，影响电寿命，往往通过遮挡析氢反应（HER）的活性位点来提高 HER 的过电势锌电极的析氢腐蚀。充放电过程中锌金属的溶解和沉积速度不一，容易表面产生枝晶生长甚至产生电极变形，严重影响锌空气电池寿命。通过结构，或者加入一些金属添加剂，提高锌电极导电性能，使金属锌各处
图 1.3 Co3O4-碳纳米纤维的 SEM、TEM 图和锌空气电池充放电性能和循环稳定性[60]Figure 1.3 SEM, TEM diagrams of Co3O4-carbon nanofibers and charge-discharge performanceand cycle stability of zinc-air batteries[60]（2）碳基材料双功能催化剂碳材料有着导电性好、孔隙率高、比表面积大、成本低廉、资源丰富等优点，是用作空气电极催化剂基底的热门选择。总多的碳材料中，碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维这些石墨化程度较高的碳材料，因其具有高的抗氧化腐蚀性能，成为了研究双功能催化剂的重点。但是单独使用这些碳材料催化活性较低，无法满足催化剂性能要求，需要异质元素掺杂的方式来提高材料的 ORR 和 OER 催化性能[76]。氮、硫等非金属元素掺杂的碳材料与过渡金属和氮元素共掺杂的碳材料（M/N/C）是双功能催化性能较好的两类碳基催化剂材料[61-63]。○1非金属元素掺杂的碳基催化剂材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hollow Nanocages of NixCo1-xSe for Efficient Zinc–Air Batteries and Overall Water Splitting[J]. Zhengxin Qian,Yinghuan Chen,Zhenghua Tang,Zhen Liu,Xiufang Wang,Yong Tian,Wei Gao. Nano-Micro Letters. 2019(02)
[2]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[3]锌-空气电池电解液Zn2+浓度对析氢过程的影响[J]. 马洪运,范永生,王保国. 化工学报. 2014(07)
本文编号：3432128
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水系锌空气电池结构示意图和空气电极三相反应区[22]
图 1.2 锌空气电池充放电循环时的两电极和三电极结构[48]Figure 1.2 Structure of two and three electrodes for charge-discharge cycle of zinc-aibatteries[48]2）锌电极电极侧主要发生金属锌的氧化溶解于锌酸盐的还原沉积过程，常用的锌片和锌粉，锌金属的颗粒表面积越大，其电化学性能越好。但锌金属的大，会加快锌电极与电解液中水的副反应，加剧金属锌的损耗，影响电寿命，往往通过遮挡析氢反应（HER）的活性位点来提高 HER 的过电势锌电极的析氢腐蚀。充放电过程中锌金属的溶解和沉积速度不一，容易表面产生枝晶生长甚至产生电极变形，严重影响锌空气电池寿命。通过结构，或者加入一些金属添加剂，提高锌电极导电性能，使金属锌各处
图 1.3 Co3O4-碳纳米纤维的 SEM、TEM 图和锌空气电池充放电性能和循环稳定性[60]Figure 1.3 SEM, TEM diagrams of Co3O4-carbon nanofibers and charge-discharge performanceand cycle stability of zinc-air batteries[60]（2）碳基材料双功能催化剂碳材料有着导电性好、孔隙率高、比表面积大、成本低廉、资源丰富等优点，是用作空气电极催化剂基底的热门选择。总多的碳材料中，碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维这些石墨化程度较高的碳材料，因其具有高的抗氧化腐蚀性能，成为了研究双功能催化剂的重点。但是单独使用这些碳材料催化活性较低，无法满足催化剂性能要求，需要异质元素掺杂的方式来提高材料的 ORR 和 OER 催化性能[76]。氮、硫等非金属元素掺杂的碳材料与过渡金属和氮元素共掺杂的碳材料（M/N/C）是双功能催化性能较好的两类碳基催化剂材料[61-63]。○1非金属元素掺杂的碳基催化剂材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hollow Nanocages of NixCo1-xSe for Efficient Zinc–Air Batteries and Overall Water Splitting[J]. Zhengxin Qian,Yinghuan Chen,Zhenghua Tang,Zhen Liu,Xiufang Wang,Yong Tian,Wei Gao. Nano-Micro Letters. 2019(02)
[2]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[3]锌-空气电池电解液Zn2+浓度对析氢过程的影响[J]. 马洪运,范永生,王保国. 化工学报. 2014(07)
本文编号：3432128
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