Co-N-G催化剂的制备及其电催化氧还原反应的研究

发布时间：2024-10-04 19:33

　　自工业革命以来,能源问题一直是科学研究的重点,燃料电池是一项几十年来受到广泛关注的能源转换技术。燃料电池具有节能率高、低碳排放的特点,能有效解决能源需求增长与环境保护之间的矛盾。但是,阴极O₂还原反应的缓慢动力学过程和高过电势制约了燃料电池的发展。虽然铂（Pt）基催化剂具有优异的氧还原（ORR）电催化活性,但其高昂的成本和较差的稳定性严重阻碍了燃料电池的推广与应用。因此,该领域的侧重点是研究高效、稳定且低成本的阴极ORR催化剂,本文通过在掺杂氮原子的石墨烯上负载非贵金属钴,经过简单的回流、热解制备了Co@Co-N-G和Co/CoO@Co-N-G催化剂。具体研究内容主要是包括以下两个方面:（1）以氧化石墨烯为碳源,席夫碱为氮源,通过简单的热处理成功制备了碳修饰有钴、氮的ORR催化剂Co@Co-N-G,该催化剂的电子转移数达3.68,表现出了优异的电催化活性;在经过15000 s i-t的测试后,电流保持率仍为84%,表现出较好的稳定性,同时还具有很好的抗甲醇性。可能是由于热解过程中生成的原子级和纳米级金属物种的有效协同作用促进了催化剂活性和稳定性的提高。（2）以氧化石...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 前言
    1.1 燃料电池概述
        1.1.1 燃料电池发展历程
        1.1.2 燃料电池的工作原理以及阴极氧还原反应机理
        1.1.3 燃料电池的优点和存在的基本问题
    1.2 氧还原电催化剂研究进展
        1.2.1 铂基贵金属ORR催化剂
        1.2.2 非贵金属ORR催化剂
        1.2.3 杂原子掺杂碳材料ORR催化剂
    1.3 本文选题意义及研究内容
第二章 实验方法
    2.1 主要试剂与仪器
    2.2 催化剂的表征方法
        2.2.1 场发射扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.2 透射电子显微镜(TEM)测试
        2.2.3 X射线光电子能谱(XPS)测试
        2.2.4 X射线衍射(XRD)测试
        2.2.5 比表面积(BET)测试
    2.3 电化学测试方法
        2.3.1 电化学测试装置
        2.3.2 工作电极的制备
        2.3.3 电化学测试方法及过程
        2.3.4 阴极ORR活性的评价方法
第三章 Co@Co-N-G催化剂的制备及其电催化ORR反应的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
    3.3 实验结果
        3.3.1 催化剂的结构表征
        3.3.2 催化剂的电化学性能研究
    3.4 结论
第四章 Co/CoO@Co-N-G催化剂的制备及其电催化ORR的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
    4.3 实验结果
        4.3.1 催化剂的结构表征
        4.3.2 催化剂的电化学性能研究
    4.4 结论
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢
个人简况及联系方式



本文编号：4007058