氮掺杂碳球材料的合成及其氧还原性能研究

发布时间：2020-12-19 14:07

　　燃料电池（Fuel Cells, FCs）作为一种高效且环境友好的能源转换方式，在汽车动力和家庭用电等方面有着广阔的应用前景，是未来可持续能源体系发展的重要目标。到目前为止，铂基催化剂仍是FCs阴极氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction, ORR）最常用的催化剂。但因其成本高和活性易衰减等问题而阻碍了FCs产业化发展。最近，ORR催化材料的研究集中在降低或者替代铂基催化剂和发展无金属催化材料等方向上，氮掺杂碳基材料因其对ORR的有效催化而引起研究者们的广泛关注。本论文针对FCs新能源体系，以低成本和性能优异的ORR催化材料为目标，探索发展简单、绿色可行的方法来制备氮掺杂碳球材料并考察了其用于碱性条件下的ORR催化性能。此外，我们还考察了以氮掺杂介孔碳球材料作为贵金属Pt载体后其在碱性条件下对ORR的催化性能，降低了Pt用量和提高了其利用率。本论文的主要工作如下：（1）首次利用以易得、低廉的生物质材料天麻为碳源和氮源合成了氮掺杂类网状碳微球材料。用扫描透射电镜、比表面积分析仪和元素分析等对所制备的氮掺杂碳材料进行结构以及组分表征。结果显示，氮掺杂网状碳微球具有无序... 

【文章来源】：河南师范大学河南省

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 燃料电池概述
    1.2 燃料电池基本结构以及工作原理
    1.3 燃料电池分类及其特点
    1.4 燃料电池阴极氧还原反应
    1.5 燃料电池阴极氧还原反应催化材料研究进展
        1.5.1 铂和铂基催化材料
        1.5.2 非贵金属基催化材料
        1.5.3 无金属碳基催化材料
    1.6 本论文的选题背景和主要研究内容
第二章 氮掺杂类网状碳微球的合成及其氧还原性能研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 氮掺杂类网状碳微球材料与工作电极的制备
        2.2.4 氮掺杂类网状碳微球结构表征和电化学性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 氮掺杂类网状碳微球材料的 SEM 和 TEM 表征
        2.3.2 氮掺杂类网状碳微球材料的 XRD 和 BET 表征
        2.3.3 氮掺杂类网状碳微球材料的 Raman、FTIR 和 XPS 表征
        2.3.4 氮掺杂类网状碳微球材料和商业化 Pt/C 的氧还原性能研究
        2.3.5 氮掺杂类网状碳微球材料和商业化 Pt/C 的抗 CO 毒害性能研究
        2.3.6 氮掺杂类网状碳微球材料和商业化 Pt/C 的耐甲醇干扰性能研究
        2.3.7 氮掺杂类网状碳微球材料和商业化 Pt/C 的持久稳定性研究
    2.4 本章小结
第三章 氮掺杂碳材料的合成及其氧还原性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 氮掺杂碳材料与工作电极的制备
        3.2.4 氮掺杂碳材料的表征和电化学性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 氮掺杂碳材料的 TEM、XRD 和 BET 表征
        3.3.2 氮掺杂碳材料的 Raman 和 XPS 表征
        3.3.3 氮掺杂碳材料和商业化 Pt/C 的氧还原性能研究
        3.3.4 氮掺杂碳材料和商业化 Pt/C 的耐甲醇干扰性能研究
        3.3.5 氮掺杂碳材料和商业化 Pt/C 的抗 CO 毒害性能研究
        3.3.6 氮掺杂碳材料和商业化 Pt/C 的持久稳定性研究
    3.4 本章小结
第四章 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料合成及其氧还原性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料和工作电极的制备
        4.2.4 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料的表征和电化学性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料的 XRD、SEM 和 TEM 表征
        4.3.2 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料的 EDX、BET 和 XPS 表征
        4.3.3 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料和商业化 Pt/C 的氧还原性能研究
        4.3.4 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料和商业化 Pt/C 的抗 CO 毒害性能研究
        4.3.5 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料和商业化 Pt/C 的耐甲醇干扰性能研究
        4.3.6 铂/氮掺杂介孔碳球复合材料和商业化 Pt/C 的持久稳定性研究
    4.4 本章小结
第五章 结论及展望
参考文献
致谢
攻读学位期间所参与发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池 人类未来的能源终极解决方案[J]. 刘雁.  资源与人居环境. 2007(05)
[2]国内外氢能发展概况[J]. 闫卫东,奚甡,刘吉祥.  中国能源. 2003(02)
[3]线粒体,活性氧和细胞凋亡[J]. 赵云罡,徐建兴.  生物化学与生物物理进展. 2001(02)

博士论文
[1]直接液体（乙醇、甲酸）燃料电池电催化剂研究[D]. 刘博.湖南大学 2009

硕士论文
[1]基于氮掺杂碳材料的氧还原电催化剂研究[D]. 于亚明.湖南大学 2012
[2]基于石墨烯和碳纳米管的氧还原催化剂的研究[D]. 朱磊.南京大学 2011



本文编号：2926034