氮掺杂的碳纳米材料作为高效的氧还原反应催化剂

发布时间：2021-07-10 07:13

　　对于燃料电池和金属空气电池等能量转换装置,氧气还原反应（ORR）至关重要。在这些能量装置中,氮原子掺杂的碳材料被认为是最重要的氧气还原催化剂。在本文中,通过热解法制备了两种高效的铁与氮双掺杂的非贵金属氧气还原催化剂（Fe-N/AC和Fe₃O₄/N-AC）;采用两步法合成了一种高效的非金属氧气还原催化剂——氮掺杂的多孔碳纳米片（N-PCNPs）。通过SEM、TEM、XRD、XPS和Raman对制备的复合物进行了表征。采用电化学方法,包括CV、RDE、RRDE和i-t对复合物进行了电化学测试。测试结果表明:Fe-N/AC在碱性介质中具有较好的催化活性,Fe₃O₄/N-AC和N-PCNPs在酸性和碱性介质中都具有良好的催化活性。此外,制备的所有催化剂的ORR反应过程都是4电子过程,并且都具有良好的抗甲醇性和较好的稳定性。因此,在直接甲醇燃料电池（DMFCs）中,我们制备的价格低廉且高效的阴极催化剂具有潜在的应用前景。 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 燃料电池的分类
    1.2 直接甲醇燃料电池
        1.2.1 直接甲醇燃料电池的简介
        1.2.2 直接甲醇燃料电池的工作原理
        1.2.3 直接甲醇燃料电池(DMFCs)的阴极催化剂
    1.3 本课题的意义和内容
第二章 实验材料与表征方法
    2.1 实验部分
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
        2.1.3 实验所需溶液的制备
        2.1.4 工作电极的制备
    2.2 实验表征方法
        2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.3 X-射线粉末衍射(XRD)
        2.2.4 氮吸附比表面测试(BET)
        2.2.5 X-射线光电子能谱(XPS)
        2.2.6 拉曼光谱分析(Raman)
        2.2.7 电化学表征
第三章 Fe-N/AC作为高效的碱性体系氧气还原反应催化剂
    3.1 实验部分
        3.1.1 Fe-N/AC复合物的制备
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 Fe-N/AC的形貌表征
        3.2.2 Raman测试
        3.2.3 XRD测试
        3.2.4 XPS测试
        3.2.5 在碱性溶液中电化学测试
    3.3 小结
第四章 Fe_3O_4/N-AC作为高效的酸碱性体系氧气还原反应催化剂
    4.1 实验部分
        4.1.1 Fe_3O_4/N-AC复合物的制备
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 Fe_3O_4/N-AC的形貌表征
        4.2.2 Raman和XRD测试
        4.2.3 XPS测试
        4.2.4 在碱性溶液中电化学测试
        4.2.5 在酸性溶液中电化学测试
    4.3 小结
第五章 氮掺杂的多孔碳纳米片(N-PCNPs)作为高效的酸碱体系氧气还原反应催化剂
    5.1 实验部分
        5.1.1 N-PCNPs复合物的制备
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 N-PCNPs-900 的形貌表征
        5.2.2 Raman测试
        5.2.3 XRD和BET测试
        5.2.4 XPS测试
        5.2.5 在碱性溶液中氧气还原活性测试
        5.2.6 在酸性溶液中氧气还原活性测试
        5.2.7 稳定性测试
        5.2.8 抗甲醇测试
    5.3 小结
第六章 结论
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
博士论文
[1]低温直接醇类燃料电池阳极催化剂研制[D]. 周卫江.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2003



本文编号：3275450