Fe/Co-N-C催化剂的制备及催化性能的研究

发布时间：2022-09-29 15:49

　　质子交换膜燃料电池（PEMFCs）具有启动快,比功率高,无污染等优点,是一种理想的清洁能源转换装置。尽管如此,受两大因素制约,PEMFCs技术仍处于开发阶段。一是昂贵的材料价格和组装工艺,如采用Pt催化剂和质子交换膜,导致PEMFCs总体成本是传统热机的10～20倍;二是催化剂的活性低、稳定性差以及铂基催化剂易CO中毒。因此,发展非铂催化剂来代替Pt基催化剂对加快PEMFCs技术的大规模使用具有非常重要的意义。近年来,非铂碳基催化剂由于具有较高的活性和稳定性已开始受到人们的关注,而过渡金属-氮-碳催化剂（M-N-C）（M=Fe、Co、Ni、Cu及Cr等）由于具有原料来源丰富、成本低以及良好的催化活性和稳定性被认为是最有潜力的阴极催化剂之一。本文采用化学氧化法在苯胺聚合过程中分别加入铁盐和不同阴离子基团的钴盐,合成出不同的聚苯胺-金属（PANI-M,M为Fe或Co）配位聚合物,然后将PANI-M聚合物作为前驱体在N2气氛中900℃热处理制备得到氮掺杂的Fe-N-C 或 Co-N-C 碳基催化剂。运用 TEM、SEM、XRD、XPS、Raman 等手段分析Fe-N-C或Co-N-C催化剂的... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 质子交换膜燃料电池
        1.1.2 质子交换膜燃料电池的工作原理
        1.1.3 质子交换膜燃料电池的研究进展
    1.2 质子交换膜燃料电池阴极催化剂
        1.2.1 PEMFCs催化剂的研究进展
    1.3 聚苯胺
        1.3.1 聚苯胺的合成方法
        1.3.2 聚苯胺的分子结构
        1.3.3 聚苯胺的形貌
    1.4 论文选题背景、研究思路及研究内容
        1.4.1 选题背景和研究思路
        1.4.2 研究内容
    1.5 论文创新点
第二章 试验方法及表征
    2.1 试验过程中所用药品和仪器
    2.2 实验方案
    2.3 实验方法
        2.3.1 Fe-N-C催化剂的制备
        2.3.2 Co-N-C催化剂的制备
    2.4 工作电极的制备
    2.5 分析表征手段
        2.5.1 拉曼光谱
        2.5.2 X-射线衍射分析
        2.5.3 X-射线光电子能谱
        2.5.4 透射电子显微镜
        2.5.5 扫描电子显微镜
        2.5.6 电化学性能测试与表征
第三章 Fe-N-C催化剂的制备及催化性能的研究
    3.1 引言
    3.2 Fe-N-C催化剂的制备
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 Fe-N-C催化剂的Raman表征
        3.3.2 PANI-Fe前驱体的TEM表征
        3.3.3 Fe-N-C催化剂的TEM表征
        3.3.4 Fe-N-C催化剂的XRD表征
        3.3.5 Fe-N-C催化剂的XPS表征
        3.3.6 Fe-N-C催化剂的电化学表征
        3.3.7 Fe-N-C催化剂的物理及化学筛选对其催化性能的影响
    3.4 本章小结
第四章 Co-N-C催化剂的制备及其催化活性的研究
    4.1 引言
    4.2 Co-N-C催化剂的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Co-N-C催化剂的XRD分析
        4.3.2 Co-N-C催化剂的SEM分析
        4.3.3 Co-N-C催化剂的TEM分析
        4.3.4 Co-N-C催化剂的XPS分析
        4.3.5 Co-N-C催化剂的Raman分析
        4.3.6 Co-N-C催化剂的电催化性能表征
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录A 攻读硕士学位期间取得的科研成果情况
附录B 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯负载Fe-N/C复合型氧还原催化剂[J]. 李赏,李沛,赵伟,康欢,潘牧.  高等学校化学学报. 2015(09)
[2]燃料电池电动汽车发展现状与前景[J]. 曹建国,廖然,杨利花.  新材料产业. 2015(04)
[3]燃料电池汽车研究现状及发展[J]. 李建秋,方川,徐梁飞.  汽车安全与节能学报. 2014(01)
[4]质子交换膜燃料电池阴极铂合金催化剂研究进展[J]. 张文强,张萍.  材料导报. 2004(07)
[5]导电聚苯胺（PAn）的特性及应用[J]. 陆珉,吴益华,姜海夏.  功能材料. 1998(04)
[6]聚苯胺薄膜的离子束效应[J]. 林森浩，荣廷文，万洪和，鲍锦荣，王玟珉，孙剑华，景遐斌，王利祥，范洪有.  高分子学报. 1994(01)
[7]燃料电池介绍[J]. 陈尚贤.  化学通报. 1959(02)

硕士论文
[1]热解聚苯胺—金属配位聚合物制备碳基催化剂及催化性能研究[D]. 余江英.昆明理工大学 2016



本文编号：3682870