基于三聚氰胺复合树脂的燃料电池非铂阴极催化材料的制备、表征和性能研究
发布时间：2021-03-03 01:11
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种清洁、高效的新能源,被认为是目前最有前途的车用动力电源之一。在PEMFC中的氧还原反应（ORR）对燃料电池整体发电性能起着关键作用,这是由于阴极氧气还原的速率比阳极中的氢气氧化反应慢几个数量级。为了提高燃料电池的整体性能,在催化ORR的过程需要使用大量的贵金属铂（Pt）。这是目前燃料电池制造成本过高的主要瓶颈之一,对燃料电池的商业化应用造成了极大的阻碍。因此,研发高活性、低成本的非铂阴极催化材料对于推动PEMFC的应用具有重要意义。本文通过三聚氰胺复合树脂的合成与改性、非贵金属ORR催化材料的制备和燃料电池全电池性能测试等方面优化开展工作,以提高三聚氰胺复合树脂基燃料电池非贵金属催化材料的ORR催化活性和稳定性为目的。主要研究内容如下:（1）改进了三聚氰胺甲醛树脂与碳黑的混合方法,利用三聚氰胺和甲醛在固化之前形成的可溶性三羧甲基三聚氰胺树脂与表面改性的碳黑进行了充分混合,制备了三聚氰胺甲醛树脂复合材料作为催化剂的前驱体,通过一步热解法制备了催化剂,并对比研究了几种前驱体的分散情况、铁的含量、碳的含量、热解温度及时间对于催化剂的氧还原性能影响。在多孔...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１膜电极单电池测试夹具??，ｔ
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?第三章基于三聚氰胺－甲醛复合树脂的催化材料的制备研究???碳载体很可能扮演了三个重要角色：１．提供电子传输的介质；２．耐高温的多孔模??板；３．—种适合掺氮的靶材料。??此外，不含铁盐的催化剂（ＭＦ－Ｃ）（仅来源于ＭＦ树脂和碳黑ＢＰ２０００）也??具有较差的ＯＲＲ活性。结果可能归因于缺乏氧还原的催化活性位点。这两个假??设都暗示了铁在ＯＲＲ活性位点构建中的关键作用：假设１，经过高温处理，残??留在碳基催化材料中的铁元素是活性位点的直接组成部分；假设２，铁元素并不??是氧还原反应活性位点的直接组分，而是催化了氮元素在碳材料中的结合方式，??它可以促进生成更多对氧还原反应有益的“关键氮元素＇这种假设相当于铁元素??是构建活性位点的间接要素。??■ｍ??图３．４?（ａ）和（ｂ）不同放大倍数的ＭＦ－Ｃ的ＴＥＭ图像；（ｃ）和（ｄ）不同放大倍数的ＭＦ－Ｆｅ－Ｃ??的ＴＥＭ图像??Ｆｉｇｕｒｅ?３．４?（ａ）?ａｎｄ?（ｂ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＭＦ－Ｃ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ；?（ｃ）?ａｎｄ?（ｄ）?ＴＥＭ??ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?Ｆｅ－ＭＦ－Ｃ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ．??此外，为了将高性能与所制备的含铁样品的微观特征相关联，对比了??Ｆｅ－ＭＦ－Ｃ和ＭＦ－Ｃ这两种催化剂的ＴＥＭ图像。因为图３．３?ａ说明这两种催化剂的??性能差异很大，然而图３．４的ＴＥＭ图像显示这两种催化剂的载体材料均为多孔??非晶碳化物，孔隙丰富，微观形貌相似＜＾只是ＭＦ－Ｆｅ－Ｃ中存在一些球形结构。??４８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳排放是能源可持续发展的最大挑战——《BP2035年世界能源展望》摘要[J]. 王勇. 国际石油经济. 2014(06)
[2]金属卟啉负载炭黑电催化剂氧还原性能[J]. 任奇志,麻晓霞,谢先宇,阎陶,马紫峰. 化工学报. 2006(11)
[3]用于质子交换膜燃料电池的碳载铂电催化剂[J]. 徐洪峰,林治银,邱艳玲,唐倩. 催化学报. 2003(02)
本文编号：3060307
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１膜电极单电池测试夹具??，ｔ
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?第三章基于三聚氰胺－甲醛复合树脂的催化材料的制备研究???碳载体很可能扮演了三个重要角色：１．提供电子传输的介质；２．耐高温的多孔模??板；３．—种适合掺氮的靶材料。??此外，不含铁盐的催化剂（ＭＦ－Ｃ）（仅来源于ＭＦ树脂和碳黑ＢＰ２０００）也??具有较差的ＯＲＲ活性。结果可能归因于缺乏氧还原的催化活性位点。这两个假??设都暗示了铁在ＯＲＲ活性位点构建中的关键作用：假设１，经过高温处理，残??留在碳基催化材料中的铁元素是活性位点的直接组成部分；假设２，铁元素并不??是氧还原反应活性位点的直接组分，而是催化了氮元素在碳材料中的结合方式，??它可以促进生成更多对氧还原反应有益的“关键氮元素＇这种假设相当于铁元素??是构建活性位点的间接要素。??■ｍ??图３．４?（ａ）和（ｂ）不同放大倍数的ＭＦ－Ｃ的ＴＥＭ图像；（ｃ）和（ｄ）不同放大倍数的ＭＦ－Ｆｅ－Ｃ??的ＴＥＭ图像??Ｆｉｇｕｒｅ?３．４?（ａ）?ａｎｄ?（ｂ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＭＦ－Ｃ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ；?（ｃ）?ａｎｄ?（ｄ）?ＴＥＭ??ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?Ｆｅ－ＭＦ－Ｃ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ．??此外，为了将高性能与所制备的含铁样品的微观特征相关联，对比了??Ｆｅ－ＭＦ－Ｃ和ＭＦ－Ｃ这两种催化剂的ＴＥＭ图像。因为图３．３?ａ说明这两种催化剂的??性能差异很大，然而图３．４的ＴＥＭ图像显示这两种催化剂的载体材料均为多孔??非晶碳化物，孔隙丰富，微观形貌相似＜＾只是ＭＦ－Ｆｅ－Ｃ中存在一些球形结构。??４８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳排放是能源可持续发展的最大挑战——《BP2035年世界能源展望》摘要[J]. 王勇. 国际石油经济. 2014(06)
[2]金属卟啉负载炭黑电催化剂氧还原性能[J]. 任奇志,麻晓霞,谢先宇,阎陶,马紫峰. 化工学报. 2006(11)
[3]用于质子交换膜燃料电池的碳载铂电催化剂[J]. 徐洪峰,林治银,邱艳玲,唐倩. 催化学报. 2003(02)
本文编号：3060307
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