生物质基炭材料作为氧还原催化剂的制备和性能研究

发布时间：2023-12-09 11:38

　　能源转化过程(如氧还原及氧析出)中应用的催化剂对转化效率的高低以及相关应用的推广具有决定性的作用。以氧还原为代表,现有的商用催化剂(Pt)成本高、易中毒、不稳定,限制了燃料电池的大规模推广,因此开发低成本、稳定、高效的催化剂一直是领域内的重点问题。良好的催化剂需要有效的活性位点、良好的传质途径以及高效的电子传导。生物质材料天然含有多种具备催化活性的金属和杂原子,是优良的炭基催化剂前驱体。本课题选择了两种代表性的生物质:微晶纤维素以及废弃蘑菇菌棒作为主要前驱体,充分利用其天然的结构组成优势,以退火热解为主要制备方法,成功的设计、制备、优化了两种生物质衍生掺杂类炭材料,并对它们的电催化性能(ORR、OER)进行了系统性研究。同时,利用多种表征手段,成功的对复杂生物质基体的催化活性位点进行了分析。微晶纤维素和废弃菌棒衍生的炭材料表现出了优良的电催化性能。具体来讲:1)基于微晶纤维素、吡咯和FeC13的Fe-N-C催化剂(NCPY)在碱性条件下起始电位达0.84 V,最高电流密度4 mAcm-2,起始电位超过了两电子ORR的商用炭黑材料,接近同条件下四电子ORR的商用Pt/C材料。此外,NCP...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 电催化能源转化过程简介
        1.1.1 氧还原反应
        1.1.2 氧析出反应
        1.1.3 能源转化反应的应用
    1.2 炭基氧还原催化剂研究进展
        1.2.1 基于不同活性中心的ORR催化剂
        1.2.2 基于不同结构的ORR催化剂
        1.2.3 生物质衍生炭基催化剂
    1.3 本课题研究问题及目的
第二章 实验与表征分析方法
    2.1 生物质基炭材料的制备
        2.1.1 制备方法
        2.1.2 主要实验仪器与试剂
    2.2 生物质基炭材料的表征方法
        2.2.1 SEM/EDS
        2.2.2 XPS
        2.2.3 ICP-MS,ICP-OES
        2.2.4 比表面积测试分析
        2.2.5 FT-IR
        2.2.6 TG/DTG
        2.2.7 有机元素分析
    2.3 电催化性能的表征及分析方法
        2.3.1 电化学表征的实验过程
        2.3.2 电化学表征结果的分析
第三章 微晶纤维素基炭材料的制备和电催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 微晶纤维素基炭材料的制备
        3.2.3 微晶纤维素基炭材料的表征
    3.3 微晶纤维素基炭材料的表征结果
    3.4 微晶纤维素基炭材料在电催化过程中的应用
    3.5 本章小结
第四章 废弃生物质基炭材料的制备和氧还原性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料与仪器
        4.2.2 蘑菇菌棒基炭材料的制备
        4.2.3 蘑菇菌棒基炭材料的表征
    4.3 表征结果
    4.4 菌棒基炭材料在氧还原中的应用
        4.4.1 废弃菌棒基炭材料的氧还原性能
        4.4.2 炭化终温对氧还原性能的影响
        4.4.3 不同前处理对氧还原性能的影响
        4.4.4 氧还原过程及机理分析
    4.5 本章小结
第五章 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 展望与建议
参考文献
附录
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附录



本文编号：3871498