铁族/氮族/碳基氧电极催化剂的制备及电催化性能
发布时间：2021-10-25 23:14
锂-空气电池具有较高能量密度、环境友好和节约资源等优点,已成为理想的储能设备之一。空气电极或氧电极作为锂-空气电池的主要反应场所,发生着复杂的氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）过程,因反应动力学性能较差需要借助催化剂提升。常规的贵金属基催化剂（Pt、RuO2和IrO2）存在着价格昂贵、资源短缺和催化性能单一等缺点,限制锂-空气电池的商业化发展。针对这个问题,本课题设计并研制ORR/OER双功能铁族金属-氮族非金属-碳（M-NM-C）基催化剂并对其电催化性能进行了研究。本文利用固相法、重结晶法和静电纺丝法分别制备了块状、片状和纤维状的钴氮共掺杂碳（Co-N-C）催化剂并研究了其电催化性能,其中,钴氮共掺杂碳纳米纤维（Co-N-CNFs）催化剂具有三维网状结构、较大比表面积(175.1 m2g-1)以及较多缺陷结构（ID/IG=1.17）,呈现出较好的ORR/OER催化性能,ORR起始电位、OER起始电位以及ORR/OER电位差值(ΔE=E-...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同种类的可再充Fig.1-1Energydensities(Wh/kg)forvarioustypesofrechargeablebatteries电池的能量密度(Wh/kg)
锂-空气电池的电极反应过程如图要包含锂和锂离子之间相互转主要反应场所，在放电和充电过程中分别发生(OER)[11,12]。由于 ORR氧气的吸脱附、含氧中间产物的生成骤[13,14]，从而导致锂池的工作效率较低。哈尔滨工业大学工学博士学位论文电极反应过程如图 1-2 所示，其中，金属电极在充放电离子之间相互转变过程，而空气电极或氧电极主要反应场所，在放电和充电过程中分别发生氧还原反应(ORR)和 OER 过程是与氧有关的化学反应含氧中间产物的生成与分解以及多步的电子转移电化锂-空气电池的氧电极的反应动力学性能。金属电极在充放电，而空气电极或氧电极作为锂-空和氧是与氧有关的化学反应过程，必电子转移电化性能较差并且锂
(ads)相互影响并制约，率[22]。另一方面，差，并且将导致氧还原反应的过电位降低。而产生通道的主要反应催化剂tier 原理[24,25]表面；而催化剂与产物之间需要较小剂的催化活性不会受到反应物和中间产物的影响验数据并且通过山型的关系均呈现出较差的催化活性容易脱附；吸附作用太强时，中间产物或最终产物时，催化剂利用这种方法可以简化OH(ads)(ads)相互影响并制约，故不能同时改变三种键的强度并另一方面，与四电子反应过程相比，二电子主要原因是：ORR 反应过程中的 O-O 键断裂，催化剂与反应物之间需要较大的键表面；而催化剂与产物之间需要较小的键能，将生验数据并且通过 DFT 计算得出，不同金属的 ORR山型的关系，如图 1-3 所示。当金属与氧之间的吸呈现出较差的催化活性，吸附作用太弱时，反应容易脱附；吸附作用太强时，中间产物或最终产物时，催化剂呈现出最高的催化活性，反应物吸附和利用这种方法可以简化高性能 ORR 催化剂的研究改变三种键的强度并与四电子反应过程相比，二电子差，并且将导致氧还原反应的过电位降低。而产生的键生剂的催化活性不会受到反应物和中间产物的影响当金属与氧之间的吸，吸附作用太弱时，反应容易脱附；吸附作用太强时，中间产物或最终产物，反应物吸附和研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂空气电池多孔电极结构中多相传输机理及连续模型研究现状[J]. 姚富友,舒朝著,龙剑平. 功能材料. 2018(04)
[2]静电纺丝技术在锂-空气电池上的应用[J]. 付月,王金,于海洋,田景华,杨瑞枝. 电化学. 2018(01)
[3]掺杂碳材料在锂空气电池中的应用研究进展[J]. 张英杰,章艳佳,曾晓苑,李雪,朱子翼,董鹏. 化工进展. 2018(03)
[4]Progress in aqueous rechargeable batteries[J]. Jilei Liu,Chaohe Xu,Zhen Chen,Shibing Ni,ZeXiang Shen. Green Energy & Environment. 2018(01)
[5]锂-空气电池MnO2和Co3O4正极催化剂的研究进展[J]. 胡安俊,舒朝著,龙剑平. 电子元件与材料. 2017(12)
[6]氧还原电化学催化剂研究的最新进展（英文）[J]. 孔建飞,程文龙. 催化学报. 2017(06)
[7]MnO/氮掺杂石墨烯复合正极材料在锂空气电池中的高效催化性能研究[J]. 雷鸣,曹勇,林晓东,杨续来,蔡森荣,袁汝明,郑明森,董全峰. 中国科学:化学. 2017(05)
[8]Gold-iridium bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and oxygen evolution reactions[J]. Lizhi Yuan,Zhao Yan,Luhua Jiang,Erdong Wang,Suli Wang,Gongquan Sun. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
[9]多孔掺磷碳纳米管:磷酸水热合成及其在氧还原和锂硫电池中的应用（英文）[J]. 郭梦清,黄佳琦,孔祥屹,彭翃杰,税晗,钱方圆,朱林,朱万诚,张强. 新型炭材料. 2016(03)
[10]One-step synthesis of cobalt,nitrogen-codoped carbon as nonprecious bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and evolution reactions[J]. Sijie Guo,Yanmei Yang,Naiyun Liu,Shi Qiao,Hui Huang,Yang Liu,Zhenhui Kang. Science Bulletin. 2016(01)
本文编号：3458349
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同种类的可再充Fig.1-1Energydensities(Wh/kg)forvarioustypesofrechargeablebatteries电池的能量密度(Wh/kg)
锂-空气电池的电极反应过程如图要包含锂和锂离子之间相互转主要反应场所，在放电和充电过程中分别发生(OER)[11,12]。由于 ORR氧气的吸脱附、含氧中间产物的生成骤[13,14]，从而导致锂池的工作效率较低。哈尔滨工业大学工学博士学位论文电极反应过程如图 1-2 所示，其中，金属电极在充放电离子之间相互转变过程，而空气电极或氧电极主要反应场所，在放电和充电过程中分别发生氧还原反应(ORR)和 OER 过程是与氧有关的化学反应含氧中间产物的生成与分解以及多步的电子转移电化锂-空气电池的氧电极的反应动力学性能。金属电极在充放电，而空气电极或氧电极作为锂-空和氧是与氧有关的化学反应过程，必电子转移电化性能较差并且锂
(ads)相互影响并制约，率[22]。另一方面，差，并且将导致氧还原反应的过电位降低。而产生通道的主要反应催化剂tier 原理[24,25]表面；而催化剂与产物之间需要较小剂的催化活性不会受到反应物和中间产物的影响验数据并且通过山型的关系均呈现出较差的催化活性容易脱附；吸附作用太强时，中间产物或最终产物时，催化剂利用这种方法可以简化OH(ads)(ads)相互影响并制约，故不能同时改变三种键的强度并另一方面，与四电子反应过程相比，二电子主要原因是：ORR 反应过程中的 O-O 键断裂，催化剂与反应物之间需要较大的键表面；而催化剂与产物之间需要较小的键能，将生验数据并且通过 DFT 计算得出，不同金属的 ORR山型的关系，如图 1-3 所示。当金属与氧之间的吸呈现出较差的催化活性，吸附作用太弱时，反应容易脱附；吸附作用太强时，中间产物或最终产物时，催化剂呈现出最高的催化活性，反应物吸附和利用这种方法可以简化高性能 ORR 催化剂的研究改变三种键的强度并与四电子反应过程相比，二电子差，并且将导致氧还原反应的过电位降低。而产生的键生剂的催化活性不会受到反应物和中间产物的影响当金属与氧之间的吸，吸附作用太弱时，反应容易脱附；吸附作用太强时，中间产物或最终产物，反应物吸附和研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂空气电池多孔电极结构中多相传输机理及连续模型研究现状[J]. 姚富友,舒朝著,龙剑平. 功能材料. 2018(04)
[2]静电纺丝技术在锂-空气电池上的应用[J]. 付月,王金,于海洋,田景华,杨瑞枝. 电化学. 2018(01)
[3]掺杂碳材料在锂空气电池中的应用研究进展[J]. 张英杰,章艳佳,曾晓苑,李雪,朱子翼,董鹏. 化工进展. 2018(03)
[4]Progress in aqueous rechargeable batteries[J]. Jilei Liu,Chaohe Xu,Zhen Chen,Shibing Ni,ZeXiang Shen. Green Energy & Environment. 2018(01)
[5]锂-空气电池MnO2和Co3O4正极催化剂的研究进展[J]. 胡安俊,舒朝著,龙剑平. 电子元件与材料. 2017(12)
[6]氧还原电化学催化剂研究的最新进展（英文）[J]. 孔建飞,程文龙. 催化学报. 2017(06)
[7]MnO/氮掺杂石墨烯复合正极材料在锂空气电池中的高效催化性能研究[J]. 雷鸣,曹勇,林晓东,杨续来,蔡森荣,袁汝明,郑明森,董全峰. 中国科学:化学. 2017(05)
[8]Gold-iridium bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and oxygen evolution reactions[J]. Lizhi Yuan,Zhao Yan,Luhua Jiang,Erdong Wang,Suli Wang,Gongquan Sun. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
[9]多孔掺磷碳纳米管:磷酸水热合成及其在氧还原和锂硫电池中的应用（英文）[J]. 郭梦清,黄佳琦,孔祥屹,彭翃杰,税晗,钱方圆,朱林,朱万诚,张强. 新型炭材料. 2016(03)
[10]One-step synthesis of cobalt,nitrogen-codoped carbon as nonprecious bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and evolution reactions[J]. Sijie Guo,Yanmei Yang,Naiyun Liu,Shi Qiao,Hui Huang,Yang Liu,Zhenhui Kang. Science Bulletin. 2016(01)
本文编号：3458349
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