氮化钨纳米线/石墨烯复合电极材料的制备与电催化性能研究

发布时间：2021-11-16 09:55

　　碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cells）具有体积小、重量轻、工作温度低、热损耗少等优点,因此非常适合作为汽车和便携式电器的电源,从而一直为电池科研人员所关注。在碱性燃料电池中,发生在阴极材料上的氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction）的动力学过程很大程度上决定了电池工作效率的高低。目前的碱性燃料电池中,贵金属Pt催化剂的氧还原效率最高、应用最广泛,但是价格昂贵、蕴藏量有限。因而,研究开发廉价的可全部或者部分替代Pt的非贵金属催化剂对于降低碱性燃料电池的成本、保持或者增强电极材料的催化活性,并最终实现碱性燃料电池的产业化,具有重要理论意义和应用价值。石墨烯作为一种新型碳材料具有独特的结构和一系列优异的物理、机械性能,是一种比较理想的催化剂载体,对于降低氧还原反应的过电位、增大反应电流密度和提高燃料转换效率具有很大的促进作用。过渡金属氮化物的表面电子结构和Pt相类似,具有类铂族金属的催化活性,被誉为“准铂催化剂”。本论文中,作者将多种合成手段相结合,获得了氮化钨纳米线/石墨烯复合结构,随后在复合结构表面进行了低含量Pt和PtNi合金纳米颗粒,并对各种复... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

碱性燃料电池原理图

氧还原反应（ORR）的机理氧还原反应作为碱性燃料电池阴极的一个重要的基本反应，其动力学和是重要的研究目标。了解氧还原机理将为了解催化剂的结构和组成以及氧还原反应速率提供清晰的信息，并将为有效的氧还原电催化剂的设计力的指导。为一个多电子多步骤反应的氧还原反应，可能涉及到多个中间步骤，其许多中间产物，如 O22-，O2-，HO2-，H2O2和催化剂表面的氧化物和氢氧化更好的为后面的实验研究打下理论基础，有必要对氧还原反应的各个步产物如何产生，反应所需的参数等等进行研究。到目前为止，氧还原反机理还没有完全被研究清楚，因为目前没有很好的分析测试手段去追踪的过程，同时对各个阶段的产物进行实时的分析表征，所以现在很多关实验机理的研究，都是根据间接的实验，然后通过一定的电化学反应热化学反应动力学来回推出前面的反应。根据文献中的报道，碱性燃料电原可以有以下两种途径发生，具体反应如以下公式中所示：[4]

合肥工业大学专业硕士研究生学位论文基于以上的数据，可以看出，4 电子反应所需要的电势更高，而 2 电子第一步反应所需要的电势则比较低，所以理论上 2 电子反应更容易发生。但是 4 电子反应效率更高，并且不会产生其他离子，所以对于氧还原反应，4 电子反应更适合。1.3 碱性燃料电池阴极催化剂的研究进展1.3.1 基于石墨烯的催化剂1.3.1.1 石墨烯概述2004 年，英国曼彻斯特大学课题组 Geim A.K.等人[5]通过物理法，使用胶带对石墨进行不断剥离，使其层数不断减少，同时在剥离的过程中不断通过各种电镜进行实时的观察，最后终于得到了只有一个原子层厚度的石墨单片，即石墨烯（graphene）。从此以后，由于石墨烯表现出的优异性能，被世界各大课题组进行反复研究。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Hummers法合成石墨烯的关键工艺及反应机理[J]. 任小孟,王源升,何特.  材料工程. 2013(01)



本文编号：3498651