缺陷碳基材料的限域热解合成及其电催化性能研究

发布时间：2021-01-21 19:52

　　具有超高能量密度的燃料电池和金属空气电池可直接实现电能和化学能之间的能量转换,且不会对环境造成负担。作为电池推广应用的难点,可替代贵金属的高效氧电极催化剂材料设计和结构优化一直以来都是国际研究前沿,具有重要的应用价值。尽管单原子分散和过渡金属/非金属替代策略已初步显示出良好的成效,但当前仍然存在较多挑战。本论文面向新型氧电极催化剂的应用,以缺陷碳基材料为研究对象,通过设计合成路线,优化反应条件,实现了催化剂的氧还原（ORR）和析氧（OER）性能的改善,并利用同步辐射X射线表征手段探究了其中的构效关系。研究工作和创新点主要集中在以下两个方面:1.设计了一种类三明治限域热解法,以石墨烯型氮化碳为牺牲模板和多巴胺为包覆层,通过调节金属钴的负载量,可控地合成出具有性能优化的缺陷碳基氧还原催化剂。电化学ORR测试结果表明,同时包含钴颗粒和碳缺陷层的Co/Co-N-C在碱性环境下具有良好的氧还原性能、高选择性和循环稳定性。利用同步辐射X射线吸收谱和光电子能谱,结合材料微结构表征手段,验证了催化剂中Co-Nx配位为催化活性中心,金属颗粒能够促进活性位与反应物之间的电荷传输。2.改进限域热解工艺,合成... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?２０１８年全球能源消费量结构图??大力发展燃料电池和可充电的金属－空气电池被认为是缓解能源问题的重??要手段

燃料电池的更新迭代速度加快。同时产氢、储氢技术，天然气的开发等??取得新的进展，为燃料电池的发展铺平了道路。??燃料电池由阳极，阴极，电解质，隔膜和外电路组成，如图１．２为氢氧燃料??电池结构示意图［７］。燃料在阳极发生氧化反应，释放出电子，经由外电路传输??至阴极，还原氧气。不同于传统的储能装置，燃料电池的燃料和氧化剂不能存??储在电池内部，所以实际上是一个电能转化装置，没有容量限制，因此可以在??应用中提供更久的续航能力。由于活性反应物需要源源不断地补充，还需要众??多辅助装置，例如对于氢氧燃料电池来说，需要气体供应系统，散热系统，排??水系统，电性能控制系统等。??ｅ＊?ｅ＊?．．??ｅ．?＾?ｅ－?Ｈｅａｔ?ｏｕｔ??Ｈ?８??％ｎ??Ｌｃａｉａｉｙｓｔｓ—ｉ?變８ＵＨ２。ｏｕｔ??图１．２氢氧燃料电池示意图。氢气在阳极发生氧化，产生的质子和电子用于提供电能??在阴极将氧气还原成水［７］??关于燃料电池的研究始于】８３９年

图１．３氧还原活性与氧结合能关系火山图［Ｈ）］??ＯＲＲ山关图如图１．３所示［Ｈ）］，火??


本文编号：2991793