N掺杂碳材料的催化氧还原性能研究

发布时间：2021-01-08 11:11

　　燃料电池的商业化应用的关键在于其氧还原动力学的快慢。而阴极氧还原反应的动力学缓慢,则会严重损耗电池能量,造成能量利用效率低、电池电压小等问题。现存商业Pt/C催化剂虽然有很好的氧还原活性,但使用Pt贵金属的会增加燃料电池商业化的成本,同时Pt/C催化剂的稳定性较差。因此制备出催化活性高、成本低以及使用寿命长的催化剂有着重大意义。本文采用生物质碳材料,在管式炉中持续的通入N₂保护,保持碳化时间、退火工艺不变的情况下,具体研究了碳化温度对氮掺杂生物质碳材料氧还原催化活性的影响。其次,通过改进后的Hummer法制备出氧化石墨烯材料,利用水合肼对其进行还原处理,并在还原氧化石墨烯上负载金属氧化物,通过微波等离子化学气相沉积（MPCVD）装置,对材料进行等离子改性与掺杂处理。通过TEM、XRD表征以及电化学性能分析,研究了等离子体处理对于碳材料负载金属的氧还原性能的影响。在管式炉高温碳化氮掺杂生物质材料的实验中,具体讨论了碳化温度对氮掺杂生物质碳材料氧还原活性的影响。结果表明:氮掺杂生物质的碳化处理温度900℃较为适宜,碳化温度过低不能形成疏松多孔的结构,碳化温度适宜,生物... 

【文章来源】：武汉工程大学湖北省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

鸡毛经碳化处理后SEM图

22图 3-2 鸡毛不同时间碳化处理后 CV 图：(a) 500 ℃ 2h碳化材料；(b) 700 ℃2h 碳化材料；(c) 800 ℃ 2h碳化材料；(d) 900 ℃ 2h碳化材料；(e) 1000 ℃ 2h碳化材料图 3-2 中可以发现，a、b、c、d、e 五种催化剂在 N2饱和氢氧化钾溶液中均没有出现明显的氧还原特征峰，说明其在 N2饱和状态下很稳定，且多圈 CV 扫描曲线后，CV 曲线稳定性好，未产生还原电

图 3-3 不同碳化温度碳化材料催化剂在 O2饱和的氢氧化钾溶液中的 CV 图(a)500 ℃ 2h碳化材料；(b) 700 ℃ 2h碳化材料；(c) 800 ℃ 2h碳化材料；(d) 900 ℃2h 碳化材料；(e) 1000 ℃ 2h碳化材料进一步对这不同碳化温度处理氮掺杂生物质碳材料催化剂使用旋转圆盘电极（RDE）的方法测试其 ORR 性能，并根据 K-L 方程计算出不同碳化温度处理氮掺杂生物质碳材料催化剂的氧还原的电子转移数。电子转移数计算方法为：将在不同转速下测出的 LSV 曲线数据代入 K-L 方程公式中可以计算出材料的电子转移数。


本文编号：2964492