氮或硫掺杂的碳纳米管/石墨碳负载铁/钴催化氧还原反应

发布时间：2021-12-30 13:26

　　质子交换膜燃料电池（PEMFC）是未来的新型环保能源,由于其能量转换效率高,反应物来源没有限制而被认为是最有望解决能源危机的技术之一。它的阴极反应是反应动力学较慢的氧还原反应（ORR）,因此需要非常高效的催化剂来加快反应的进程。目前商业化的Pt基催化剂由于贵金属价格昂贵并且在电解质溶液中的稳定性差,容易中毒失活等因素,使PEMFC在几十年不断的探究中不能实现的大规模应用。因此,研发廉价高效的阴极非贵金属催化剂对PEMFC的大规模发展具有重大意义。碳基负载过渡金属的非贵金属催化剂由于其比表面积大,活性及稳定性优越而受到广泛关注。本论文以氮或硫元素掺杂的碳纳米管/石墨碳为载体,负载过渡金属后作为非贵金属氧还原催化剂。首先,本论文通过水热法合成IRMOF-3作为碳载体,并与硝酸铁、十二烷基苯磺酸钠以及三聚氰胺混合均匀后,在900 ^oC氮气下高温热解后得到了氮掺杂的碳纳米管/石墨碳负载Fe₃C的非贵金属催化剂（MSF-900）。通过改变热解前混合物的组分,得到了不同组分的催化剂。其中,样品MSF-900的活性最高,其半波电位达到了0.91 V,高出商... 

【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 文献综述
    1.1 燃料电池概述
        1.1.1 燃料电池分类
        1.1.2 质子交换膜燃料电池构成及工作原理
        1.1.3 质子交换膜燃料电池的缺陷
    1.2 氧还原反应催化剂研究进展
        1.2.1 贵金属催化剂
        1.2.2 非贵金属催化剂
    1.3 碳基复合材料在阴极材料方面的应用
        1.3.1 碳基杂原子掺杂非金属催化剂
        1.3.2 碳基负载过渡金属催化剂
    1.4 本论文的研究内容和意义
第2章 氮掺杂碳纳米管/石墨碳负载Fe3C作为ORR催化剂
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 药品与试剂
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 不同组分催化剂的表征方法
        2.2.4 复合材料制备
        2.2.5 电化学活性评价
    2.3 复合材料的表征
        2.3.1 XRD表征
        2.3.2 扫描电子显微镜表征
        2.3.3 透射电子显微镜表征
        2.3.4 氮气低温吸脱附表征
        2.3.5 拉曼表征
        2.3.6 XPS表征
        2.3.7 Fe元素含量表征
    2.4 复合材料电化学活性评价
        2.4.1 氧还原活性探究
        2.4.2 稳定性以及甲醇耐受力探究
    2.5 本章小结
第3章 硫,氮共掺杂碳纳米管/石墨碳负载Co单质作为ORR催化剂
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 实验设备
        3.2.3 不同组分催化剂的表征方法
        3.2.4 硫,氮共掺杂碳纳米管/石墨碳复合电极材料的制备
        3.2.5 电化学活性评价
    3.3 复合材料的表征
        3.3.1 XRD表征
        3.3.2 SEM表征
        3.3.3 TEM表征
        3.3.4 元素面扫以及高倍电镜表征
        3.3.5 氮气低温物理吸附
        3.3.6 拉曼表征
        3.3.7 XPS表征
    3.4 复合材料的电化学性能评价
        3.4.1 氧还原活性探究
        3.4.2 稳定性和甲醇耐受力性能研究
    3.5 本章小结
第4章 结论
参考文献
致谢
个人简历及在学期间发表的学术论文
攻读硕士学位期间学术论文的发表情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]Pt/C催化剂对乙醇电氧化的粒径效应[J]. 唐亚文,马国仙,周益明,包建春,陆路德,陆天虹.  物理化学学报. 2008(09)



本文编号：3558284