基于MOF的多孔碳纳米复合物及其电催化性能

发布时间：2024-02-21 17:39

　　燃料电池由于其转化率高、清洁无污染等优点,得到广泛的关注,但是质子交换膜燃料电池氧还原反应迟缓,大大限制了其大规模商业化应用,因此需要使用阴极电催化剂来提高氧还原的反应速率,目前,Pt基催化剂已经成为高效的氧还原阴极催化剂,具有较好的电催化活性。由于它们价格昂贵、稀缺,稳定性差和易腐蚀性,阻碍了它们在能源系统中的广泛应用,因此,探索价格低廉、电催化活性高、稳定性好、全球存储丰富的非贵金属电催化剂,将其大规模应用于绿色能源设备中。本论文是以MOF为前驱体用来制备掺杂的碳材料的催化剂,其主要内容如下:(1)采用水热的方法制备Co-MOF,在不添加任何前驱物的情况下,通过直接热解法制备了相应的Co/NPC(Co/nitrogen-doped porous carbon)复合材料。对其进行氧还原电催化反应的研究,最终表明在600°C下制备的Co/NPC催化剂具有较好的ORR电催化活性,其起始电位为0.91 V,极限扩散电流密度为-5.49 mA/cm²。由RDE和RRDE氧还原极化曲线,得出平均电子转移数约为3.92,表明该催化剂在氧还原反应中主要为4e^-

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 立题意义及背景
    1.2 质子交换膜燃料电池
        1.2.1 质子交换膜燃料电池简介
        1.2.2 质子交换膜燃料电池工作原理
        1.2.3 质子交换膜燃料电池的优点
    1.3 氧还原反应
    1.4 金属有机骨架化合物(Metal-organicframework,MOF)
        1.4.1 MOF概述
        1.4.2 金属有机骨架化合物分类
        1.4.3 金属有机骨架化合物的发展
        1.4.4 金属有机骨架化合物的制备方法
    1.5 ZIFS系列概况
        1.5.1 ZIFS系列
        1.5.2 ZIFS系列合成的方法
    1.6 质子交换膜燃料电池阴极催化材料
        1.6.1 铂基阴极电催化剂
        1.6.2 Pt合金阴极电催化剂
        1.6.3 不掺杂金属的碳基阴极电催化剂
        1.6.4 掺杂有非贵金属的碳基阴极电催化剂
        1.6.5 过渡金属硫族化合物阴极电催化材料
        1.6.6 氮修饰的碳基阴极电催化剂
    1.7 氮化碳化合物
        1.7.1 剥离氮化碳化合物的方法
        1.7.2 氮化碳材料的用途
第二章 MOF衍生的钴/氮自掺杂多孔碳复合材料的高效的氧还原电催化剂
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 催化剂的制备
        2.2.3 工作电极的制备
        2.2.4 氧还原电催化剂的电催化性能评价
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 催化剂的结构及其表征
        2.3.2 催化剂ORR的活性分析及其稳定性的表征
    2.4 本章小结
第三章 基于MOF的氮掺杂多孔碳材料氧还原电催化剂及其性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂与仪器
        3.2.2 催化剂的制备
        3.2.3 工作电极的制备
        3.2.4 氧还原电催化剂的电催化性能评价
    3.3 结果讨论
        3.3.1 催化剂的结构及其表征
        3.3.2 催化剂ORR的活性分析及其稳定性的表征
    3.4 本章小结
第四章 基于ZIF结构的氮、磷双掺杂碳材料氧还原电催化剂及其性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂与仪器
        4.2.2 催化剂的制备
        4.2.3 电极的制备
        4.2.4 氧还原电催化剂的电催化性能评价
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 催化剂的结构及其表征
        4.3.2 催化剂ORR的活性分析及其稳定性的表征
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
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本文编号：3905719