过渡金属/非金属杂原子共掺杂碳纳米材料制备及其电催化性能的研究

发布时间：2022-11-04 17:11

　　燃料电池的快速发展成为替代化石能源的理想选择。相比于传统热机,燃料电池具有绿色清洁、转化效率高、可持续的特点。但是贵金属Pt基催化剂价格昂贵,严重阻碍了燃料电池的大规模商业化。研究人员将研究重点放在非Pt催化剂的研究,所以提高非贵金属催化剂的活性和稳定性是实现燃料电池产业化的关键问题。本文以制备廉价高效的非贵金属电催化剂为主要目标,分别制备了原子级分散的Zn,Co双金属位点N,S共掺杂树枝状碳材料催化剂（Zn,Co）/NSC和具有双金属原子位点的氮,硼掺杂碳纳米笼NiCo/NBC催化剂,并分别测试了材料的氧还原活性和稳定性,以及在锌空气电池中应用。实验主要的研究内容如下:（1）所制备的（Zn,Co）/NSC催化剂具有独特的树枝状结构,Zn（χ=1.65）和Co（χ=1.88）的电负性之间的差异使得两种金属元素的电子结构之间的相互作用导致更优化的结构,使双金属原子位点比单金属原子催化剂具有更高的催化活性。具有比N原子更大的原子半径和更低的电负性（χ=2.58）的S可以通过形成Zn/Co-N_x-C-S_y结构来改变电子结构和活性中心。独特的Zn/C... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池简介
    1.3 燃料电池的分类
        1.3.1 碱性燃料电池(AFC)工作原理
        1.3.2 质子交换膜型(PEMFC)燃料电池工作原理
    1.4 燃料电池阴极催化剂的研究现状及其催化性能影响因素
        1.4.1 贵金属Pt基催化剂
        1.4.2 非金属杂原子掺杂碳催化剂
        1.4.3 过渡金属氮掺杂碳氧还原催化剂
        1.4.4 过渡金属氧化物氧还原催化剂
    1.5 本论文的选题依据、研究思路和主要内容
第2章 实验原料与表征方法
    2.1 实验原料和仪器
        2.1.1 实验原料及试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料的物理性能表征
        2.2.1 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.2 比表面积分析
        2.2.3 同步辐射分析
        2.2.4 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.5 X射线光电子能谱(XPS)
    2.3 材料电催化性能测试
        2.3.1 循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)
        2.3.2 稳定性测试
        2.3.3 转移电子数的计算
    2.4 制造全固态锌空气电池:
第3章 Zn,Co双金属原子位点N,S共掺杂树枝状碳材料催化剂及其催化性能的研究
    3.1 引言
    3.2 催化剂的制备
        3.2.1 Zn SAs/NSC的制备
        3.2.2 Co SAs/NSC的制备
        3.2.3 (Zn,Co)/NSC的制备
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 (Zn,Co)/NSC催化剂的制备机理
        3.3.2 (Zn,Co)/NSC催化剂氧还原反应催化性能的测试
        3.3.3 (Zn,Co)/NSC催化剂活性的稳定性测试
        3.3.4 (Zn,Co)/NSC催化剂液态锌空气电池测试
    3.4 本章小结
第4章 氮,硼掺杂碳纳米笼双金属原子NiCo/NBC催化剂及其催化性能的研究
    4.1 引言
    4.2 催化剂材料的制备
        4.2.1 Ni/NBC催化剂的制备
        4.2.2 Co/NBC催化剂的制备
        4.2.3 NiCo/NBC催化剂的制备
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 NiCo/NBC催化剂形貌和组成表征
        4.3.2 NiCo/NBC催化剂催化氧还原反应性能测试
        4.3.3 NiCo/NBC催化剂耐甲醇和稳定性测试
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3701008