三维多孔氮掺杂碳基催化剂的制备及催化性能研究
发布时间：2023-03-05 05:48
电化学氧还原反应(ORR)在能量存储和转化装置中起着许多关键作用。燃料电池作为一种新型环保的能量转换装置,因其具有良好的循环稳定性和高能量密度而受到广泛关注。而其中的质子交换膜燃料电池(PEMFCs)由于能量转换效率高、操作温度低和环境污染小等优点,被认为是理想的清洁能源转化装置,非常适合作为绿色新能源汽车的动力能源。目前质子交换膜燃料电池使用的大多是铂基贵金属催化剂,这是由于铂基催化剂表现出优异的ORR性能。然而,由于Pt价格昂贵,自然界中存储量很低使得Pt基催化剂的成本居高不下。另外,Pt基电催化剂在CO或甲醇存在情况下容易聚集和失活。且氧还原反应(ORR)的慢动力学限制了这些能源转换装置的发展,使得燃料电池催化剂成为质子交换膜燃料电池大规模商业化的重要阻碍。因此寻求一种替代Pt基催化剂的非贵金属催化剂已迫在眉睫。众所周知,在诸多的非贵金属催化剂中,碳基催化剂因催化活性高,化学稳定性好,比表面积高,低成本等优点而受到广泛关注。三维氮掺杂多孔碳材料由于其特殊形貌和优异的三维结构广泛应用于储能材料,催化材料和吸附材料等领域。因此三维多孔碳材料作为燃料电池阴极催化剂用于氧还原反应而受到广...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
前言
1.1 燃料电池简介
1.2 燃料电池的工作原理及其分类
1.3 质子交换膜燃料电池
1.4 阴极氧还原反应
1.5 多孔碳材料及制备方法
1.5.1 硬模板法
1.5.2 软模板法
1.5.3 多模板法
1.6 质子交换膜燃料电池催化剂研究进展
1.7 论文选题背景、研究思路及研究内容
1.7.1 论文选题背景
1.7.2 研究思路
1.7.3 研究内容
第二章 实验材料和制备方法
2.1 实验试剂和实验仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.1.3 实验表征仪器
2.2 实验方案
2.3 实验方法
2.3.1 改性聚苯胺前驱体的制备
2.3.2 三维氮掺杂多孔网格交联互通状碳材料的制备
2.3.3 电极的预处理
2.4 表征方法
2.4.1 透射电子显微镜(TEM)
2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.4.3 X射线光电子能谱(XPS)
2.4.4 X射线粉末衍射仪(XRD)
2.4.5 拉曼光谱(Raman)
2.4.6 比表面吸附仪(BET)
2.4.7 电化学性能测试
2.5 工作电极的制备
第三章 Fe/N摩尔比对氮掺杂碳基催化剂电催化性能的影响
3.1 引言
3.2 氮掺杂碳基催化剂的制备
3.2.1 改性聚苯胺前驱体的制备
3.2.2 三维氮掺杂多孔网格交联互通状碳材料的制备
3.3 结果和讨论
3.3.1 改性含卤聚苯胺前驱体的红外光谱表征
3.3.2 多孔碳材料的Raman表征
3.3.3 改性含卤聚苯胺前驱体和多孔碳材料的TEM表征
3.3.4 改性含卤聚苯胺前驱体和多孔碳材料的SEM表征
3.3.5 多孔碳材料的XRD表征
3.3.6 Fe-N-C催化剂的电化学表征
3.4 本章小结
第四章 热处理温度对氮掺杂碳基催化剂电催化性能的影响
4.1 引言
4.2 氮掺杂碳基催化剂的制备
4.2.1 改性聚苯胺前驱体的制备
4.2.2 三维多孔网格交联互通状氮掺杂碳材料的制备
4.4 结果和讨论
4.4.1 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的Raman表征
4.4.2 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的XRD表征
4.4.3 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的TEM表征
4.4.4 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的SEM表征
4.4.5 比表面积测试
4.4.6 不同热处理温度下多孔碳材料的XPS表征
4.4.7 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的电化学表征
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 实验结论
5.2 本文创新点
5.3 展望
致谢
参考文献
附录A 攻读硕士学位期间取得的科研成果情况
附录B 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目
本文编号：3755828
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
前言
1.1 燃料电池简介
1.2 燃料电池的工作原理及其分类
1.3 质子交换膜燃料电池
1.4 阴极氧还原反应
1.5 多孔碳材料及制备方法
1.5.1 硬模板法
1.5.2 软模板法
1.5.3 多模板法
1.6 质子交换膜燃料电池催化剂研究进展
1.7 论文选题背景、研究思路及研究内容
1.7.1 论文选题背景
1.7.2 研究思路
1.7.3 研究内容
第二章 实验材料和制备方法
2.1 实验试剂和实验仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.1.3 实验表征仪器
2.2 实验方案
2.3 实验方法
2.3.1 改性聚苯胺前驱体的制备
2.3.2 三维氮掺杂多孔网格交联互通状碳材料的制备
2.3.3 电极的预处理
2.4 表征方法
2.4.1 透射电子显微镜(TEM)
2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.4.3 X射线光电子能谱(XPS)
2.4.4 X射线粉末衍射仪(XRD)
2.4.5 拉曼光谱(Raman)
2.4.6 比表面吸附仪(BET)
2.4.7 电化学性能测试
2.5 工作电极的制备
第三章 Fe/N摩尔比对氮掺杂碳基催化剂电催化性能的影响
3.1 引言
3.2 氮掺杂碳基催化剂的制备
3.2.1 改性聚苯胺前驱体的制备
3.2.2 三维氮掺杂多孔网格交联互通状碳材料的制备
3.3 结果和讨论
3.3.1 改性含卤聚苯胺前驱体的红外光谱表征
3.3.2 多孔碳材料的Raman表征
3.3.3 改性含卤聚苯胺前驱体和多孔碳材料的TEM表征
3.3.4 改性含卤聚苯胺前驱体和多孔碳材料的SEM表征
3.3.5 多孔碳材料的XRD表征
3.3.6 Fe-N-C催化剂的电化学表征
3.4 本章小结
第四章 热处理温度对氮掺杂碳基催化剂电催化性能的影响
4.1 引言
4.2 氮掺杂碳基催化剂的制备
4.2.1 改性聚苯胺前驱体的制备
4.2.2 三维多孔网格交联互通状氮掺杂碳材料的制备
4.4 结果和讨论
4.4.1 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的Raman表征
4.4.2 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的XRD表征
4.4.3 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的TEM表征
4.4.4 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的SEM表征
4.4.5 比表面积测试
4.4.6 不同热处理温度下多孔碳材料的XPS表征
4.4.7 不同热处理温度下Fe-N-C碳基催化剂的电化学表征
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 实验结论
5.2 本文创新点
5.3 展望
致谢
参考文献
附录A 攻读硕士学位期间取得的科研成果情况
附录B 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目
本文编号：3755828
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3755828.html
