燃料电池中Fe基催化剂对氧还原反应的原位研究

发布时间：2020-12-25 02:07

　　直接硼氢化钠燃料电池（DBFC）是一种通过电化学反应将存储在碱性硼氢化钠溶液和氧化剂中的化学能直接转换成电能的能量转换装置,由于DBFC使用液体燃料和可用非贵金属催化剂而被视为具有发展前景的燃料电池之一。近年来,含氮碳载过渡金属（Me-N-C）因具有原材料来源广、价格低廉、良好的电催化活性等优势,成为了阴极催化剂材料的研究热点,但是关于Me-N-C催化剂的催化活性位点的认知尚没有统一。研究在催化反应过程中过渡金属的价态和电子结构的转变信息,有助于揭示这类催化剂的催化活性位点和催化机制,从而为进一步制备出高效Me-N-C催化剂提供实验依据。本文旨在以含氮碳载不同价态铁基催化剂为研究对象,首先,通过湿化学法和热处理制备出含氮碳载不同价态铁基催化剂,然后,通过电化学测试和电池性能测试方法考察了不同价态铁基催化剂对氧还原的催化活性和以铁基催化剂为阴极催化剂时DBFC的发电性能,最后,联合原位X射线精细结构谱（XAFS）和原位X射线衍射（XRD）技术来进一步探讨在催化氧还原反应过程中铁基催化剂的催化机制。研究表明,以FeSO4、吡咯、BP2000为原料采用水热法可制备出Fe2O3-PPy-BP（... 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?ＤＢＦＣ工作原理示意图［１９］??电极和电池的反应过程分别为：??阴极反应式为：??＇＇

显高于文献报道中ＣｏｈＳ／Ｎ－Ｓ／Ｇ在３００００?ｓ后电流密度下降了?２０?％。Ｌｉ等人［７０］??以硫脲为氮源和硫源、硼酸为硼源，制备了?Ｎ／Ｓ／Ｂ共掺的石墨化碳载铁基催化剂，??图１．３为样品的ＴＥＭ图。该催化剂与Ｆｅ－Ｎ－Ｃ和Ｆｅ－Ｎ／Ｓ－Ｃ相比，有更强的循环??稳定性和更正的起始还原电位。??ｍｍ?．Ｖ?？：看—??么霞：．＇，ｋ?＇??图１．３?Ｆｅ－Ｎ／Ｓ／Ｂ－Ｃ合成示意图??１．５?Ｍｅ－Ｎ－Ｃ系列催化剂催化活性的讨论??近年来，尽管人们对Ｍｅ－Ｎ－Ｃ系列催化剂的研究取得了不错的成就，制备了??在酸性和碱性环境中对氧还原都有优异的催化性能和稳定性的材料。但值得注意??的是，这类催化剂的催化活性位点的研究仍有较大的争议，更为关键的是催化活??性位点对于指导改进催化剂的结构设计和性能提升具有十分重要的意义。??在热解Ｍｅ－Ｎ－Ｃ催化剂过程中，催化剂会发生明显的结构和物相变化，可产??生各种复杂的混合物，包括石墨和非晶碳结构，以及氮化物、金属氧化物、其它??碳化物等［７１１。不仅由于催化剂中存在这些高度非均相结构，而且由于诱导电子和??几何效应的作用［７２＿７４］，活性原子的近邻结构也会影响催化剂的催化活性，让问题??进一步复杂化

?配套的螺柱、螺母、弹簧垫圈、扳手、游标卡尺。单电池极板和装配好的单电池??的照片如下图２．１。??⑷：?＾?Ｉ?ｔ??图２．１?（ａ）单电池的极板（ｂ）装配好的单电池??本文中使用日本菊水公司的ＰＦＸ－２０１１恒电流充放电电池测试仪进行单电??池的性能测试，通过蠕动栗向阳极输送燃料，阴极通入纯氧，分别在３０?°Ｃ和??６０?°Ｃ的环境中测试电池在不同放电电流密度下的输出电压，得到电流－电压曲??线和功率密度曲线。并通过测试阳极电位来得到阴极电位信息，继而分析在放??电过程中阴、阳极极化程度对发电性能的影响。??２．５原位燃料电池同步辐射测试??２．５．１原位Ｘ射线衍射平台??上海同步福射电源（Ｓｈａｎｇｈａｉ?Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ?Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?Ｆａｃｉｌｉｔｙ，ＳＳＲＦ）是第三??代中能同步辐射光源，主要包含有：１５０ＭｅＶ电子直线加速器、３．５?ＧｅＶ加速器、??３．５?ＧｅＶ高性能电子存储环和沿环外侧分布的同步辐射光束线站和实验站。??本文测试主要在硬Ｘ射线微聚焦及应用光束线站（ＢＬ１５Ｕ１，如图２．２所示）??上进行，此线站利用高亮度的波荡器作为Ｘ射线的辐射插入件，结合先进的Ｘ??射线光学系统


本文编号：2936746