碳基铁酞菁纳米材料的氧还原反应催化研究

发布时间：2023-11-05 13:40

　　铁酞菁(FePc)分子因含Fe-N/C基团,成为过渡金属大环化合物中对氧还原反应(ORR)催化活性最好的一种非贵金属催化剂。但是,它易聚集、导电性差、在催化过程中结构不稳定的性质严重地影响了它的催化性能。在本文中,我们以碳材料为基底,分别采用液相化学反应法和物理混合方法,通过改变碳材料的种类、氧化程度及比例等制备了一系列碳基FePc纳米材料,探索了不同碳基FePc的结构对ORR的催化性能,并研究了基于它们的ORR催化机理,为可控制备基于FePc的高效的ORR催化剂奠定基础。具体实验可以分为以下三个:1.基于液相化学反应法,通过改变氧化石墨烯的含量,制备了一系列形貌可控的碳基FePc纳米材料。在碱性电解质中与商业Pt/C相比,最优的石墨烯基FePc材料(FePc-R25)在ORR催化过程中具有更高的起始电位(Eonset,1.000 vs.0.973 V)、半波电位(△E1/2=100mV)、稳定性和耐久性。以FePc-R25为阴极催化剂组装的锌-空电池具有良好的功率密度和放电稳定性。X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线近边吸收谱(X...

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【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 能量转化装置
        1.1.1 燃料电池
        1.1.2 金属-空气电池
    1.2 阴极氧还原反应
        1.2.1 氧还原反应
        1.2.2 氧还原反应机理
    1.3 氧还原反应催化剂
        1.3.1 贵金属铂基催化剂
        1.3.2 过渡金属催化剂
        1.3.3 非金属掺杂碳基催化剂
        1.3.4 碳基金属大环化合物
    1.4 本文设计思路
第二章 石墨烯基铁酞菁纳米材料的制备及其氧还原性能的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 仪器表征
        2.2.3 石墨烯基铁酞菁纳米材料的制备
        2.2.4 电化学实验
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 石墨烯基铁酞菁纳米材料的形貌表征
        2.3.2 石墨烯基铁酞菁纳米材料的氧还原性能表征
        2.3.3 石墨烯基铁酞菁纳米材料的锌-空电池性能表征
        2.3.4 石墨烯基铁酞菁纳米材料的化学成分和结构表征
    2.4 本章小结
第三章 碳纳米管铁酞菁纳米材料的制备及其氧还原性能的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 仪器表征
        3.2.3 碳纳米管铁酞菁纳米材料的制备
        3.2.4 电化学实验
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 碳纳米管铁酞菁纳米材料的形貌表征
        3.3.2 碳纳米管铁酞菁纳米材料的化学组分和结构表征
        3.3.3 碳纳米管铁酞菁纳米材料的氧还原性能表征
        3.3.4 碳纳米管铁酞菁纳米材料的锌-空电池性能表征
    3.4 本章小结
第四章 碳纳米管中氧含量变化对氧还原性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 仪器表征
        4.2.3 氧化碳纳米管铁酞菁复合材料的制备
        4.2.4 电化学实验
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 氧化碳纳米管的形貌表征
        4.3.2 氧化纳米管的化学成分和结构表征
        4.3.3 氧化碳纳米管铁酞菁复合材料的形貌表征
        4.3.4 氧化碳纳米管铁酞菁复合材料的化学成分和结构表征
        4.3.5 氧化碳纳米管铁酞菁复合材料的氧还原性能表征
    4.4 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
个人简历
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3861140