共价三嗪框架负载过渡金属氧化物在氧还原反应中的应用
发布时间：2021-02-24 11:36
氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）是质子交换膜燃料电池、金属-空气电池等能量转换装置中的重要电极反应。开发高效、高稳定性、价格低廉的非贵金属ORR催化剂对这些清洁能源技术的商业化应用至关重要。本文利用水热法使Co3O4、Mn3O4纳米颗粒原位生长在共价三嗪框架（Covalent Triazine Frameworks,CTFs）基底上,制备了一类新型非贵金属ORR催化剂,并显示出了协同催化效果。本文主要研究内容及结果如下:（1）利用离子热法在400700℃下合成了CTFs基底,并探究合成温度对CTFs基底ORR活性的影响。电化学测试结果表明,合成温度越高,CTFs基底的ORR活性越高。其中,700℃下合成的CTF700基底的催化效果最佳,其半波电位为0.79 V,极限扩散电流密度为3.98 mA cm-2。随后,将不同温度下合成的CTFs基底与钴盐按照相同配比负载Co3O4纳...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属单质的ORR火山图
图 1-2（a）碳材料中氮掺杂的三种方式；[75]（b）氮掺杂碳材料催化 ORR 过程示意图[76]Fig. 1-2 (a) Nitrogen doping into carbon plane at different location.[75](b) Schematic pathway foroxygen reduction reaction on nitrogen-doped carbon materials.[76]究竟是哪种氮原子的 ORR 催化活性最高，这对于设计更高效的催化剂至关重要。但是人们对于究竟是吡啶型氮原子提供催化 ORR 的主要活性位点还是石墨型氮原子提供 ORR 催化活性位点仍有争议。有研究表明，在边缘掺杂的氮原子，即吡啶型氮原子具有很强的化学活性，它可以增强材料对于 O2分子的吸附性能，从而提高对 ORR 的催化活性。[77, 78]这是因为吡啶型氮原子可以提供 pπ电子和孤对电子，因此它本身就可以与氧原子结合，或者它也可以使与之相邻的碳原子与氧原子结合来削弱 O–O 键。最近还有研究证明，与吡啶型氮原子相连的碳原子是催化 ORR 的活性位点并提出了可能的催化机理，其在酸性环境下的 ORR 过程表示在图 1-2（b）中。[76]O2分子首先吸附到与吡啶型氮原子相邻的碳原子上，结合一个质子形成*OOH，随后可以通过两种方式进行下一步催化反应。一种是四电子转移机理，即两个质子分别与两个氧原子结合，使 O–OH 键断裂，生成一个 H2O 分子和*OH，随后另一个质
图 2-1 CTF700 和 Co3O4/CTF700-1:1 的 XRD 谱图Fig.2-1 XRD pattern of CTF700 and Co3O4/CTF700-1:1 sampleRD 谱图，可以确定复合物中存在的物质及其晶体结构 的 XRD 谱图在 2θ=21°和 44°的位置显示出两个宽峰，存在。[119]观察复合物 Co3O4/CTF700-1:1 的 XRD 特F700 相同的两个宽峰，在 2θ = 31.3°, 36.8°, 44.7°, 59Co3O4尖晶石的特征峰（JCPDSno.43-1003），分别对应（1）和（400）晶面。[120]此外，以（311）晶面为基准，负载后的 Co3O4纳米颗粒的大小为 13.74 nm。 表征结果分析
本文编号：3049315
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属单质的ORR火山图
图 1-2（a）碳材料中氮掺杂的三种方式；[75]（b）氮掺杂碳材料催化 ORR 过程示意图[76]Fig. 1-2 (a) Nitrogen doping into carbon plane at different location.[75](b) Schematic pathway foroxygen reduction reaction on nitrogen-doped carbon materials.[76]究竟是哪种氮原子的 ORR 催化活性最高，这对于设计更高效的催化剂至关重要。但是人们对于究竟是吡啶型氮原子提供催化 ORR 的主要活性位点还是石墨型氮原子提供 ORR 催化活性位点仍有争议。有研究表明，在边缘掺杂的氮原子，即吡啶型氮原子具有很强的化学活性，它可以增强材料对于 O2分子的吸附性能，从而提高对 ORR 的催化活性。[77, 78]这是因为吡啶型氮原子可以提供 pπ电子和孤对电子，因此它本身就可以与氧原子结合，或者它也可以使与之相邻的碳原子与氧原子结合来削弱 O–O 键。最近还有研究证明，与吡啶型氮原子相连的碳原子是催化 ORR 的活性位点并提出了可能的催化机理，其在酸性环境下的 ORR 过程表示在图 1-2（b）中。[76]O2分子首先吸附到与吡啶型氮原子相邻的碳原子上，结合一个质子形成*OOH，随后可以通过两种方式进行下一步催化反应。一种是四电子转移机理，即两个质子分别与两个氧原子结合，使 O–OH 键断裂，生成一个 H2O 分子和*OH，随后另一个质
图 2-1 CTF700 和 Co3O4/CTF700-1:1 的 XRD 谱图Fig.2-1 XRD pattern of CTF700 and Co3O4/CTF700-1:1 sampleRD 谱图，可以确定复合物中存在的物质及其晶体结构 的 XRD 谱图在 2θ=21°和 44°的位置显示出两个宽峰，存在。[119]观察复合物 Co3O4/CTF700-1:1 的 XRD 特F700 相同的两个宽峰，在 2θ = 31.3°, 36.8°, 44.7°, 59Co3O4尖晶石的特征峰（JCPDSno.43-1003），分别对应（1）和（400）晶面。[120]此外，以（311）晶面为基准，负载后的 Co3O4纳米颗粒的大小为 13.74 nm。 表征结果分析
本文编号：3049315
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