多孔、杂原子掺杂碳的制备及其电催化性能的研究
发布时间:2021-02-16 02:16
随着经济发展,人们对于能源的需求日益增加,但有限的化石燃料的大量使用导致了严重环境污染,使人类面临能源与环境的双重危机。为平衡人类发展与环境保护的问题,开发新型清洁能源技术尤为重要。燃料电池因其高能量转换效率、高功率密度、相对较低的工作温度、低噪音以及低至零排放等优势,被视为一种有望替代燃烧化石燃料的新型清洁能源技术。电催化剂在新型清洁能源技术中扮演着至关重要的角色。目前,贵金属(如铂)催化剂是使用最为广泛的催化剂,但由于其成本高、稀缺、耐久性差以及污染物耐受性差等原因限制了贵金属的大规模使用。因此,寻找可用于新型清洁能源技术的低成本的高效电催化材料已成为当今科研的热点话题之一。本论文基于解决电催化领域的重要科学问题的目标,通过非贵金属材料合成和调控,制备了一系列高性能的氧还原电催化剂。主要研究内容和创新点如下:一、以C3N4为软模板,在C3N4表面合成聚苯胺,同时引入铁源酞菁铁(PcFe),制得前驱体,进一步高温碳化前驱体,得到铁氮共掺杂纳米片层多孔材料(FeNSPC)。C3N4的加入使得材料从较为密实的块状结构转变为疏松多孔的纳米片层结构,使其表面积和孔隙率都有很大提升,且FeNS...
【文章来源】:北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:87 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图1-1氢氧燃料的工作原理示意图??
mtum?ra^??\\?/?//?i-2?'^3fLV?l-2?-—//??i:??i?4:rrrn—?i:?p??.7???SA-F?-MPC?-?-Conwna^PWC?〇?J*M—?-*iJ?^?-6?*??0.2?04?0.6?0*8 ̄?1?0?"7?0.2?0.4?_0:6?0?8—?1?0?0.2?0?4?060?8?10??Polantwi?(V?vs?RHE)?Polantwl?(V?vs?RHE)?Potential?(V?vs?RH£)??图1-3?SA-Fe-HPC的氧还原催化曲线[5Q]??Fig.?1-3?ORR?catalytic?curves?of?SA-Fe-HPC[50].??在M-N-C催化剂的研究当中,Fe-N-C和Co-N-C是最有望代替铂基催化剂的??两种过渡金属氮碳催化剂,Fe和Co也成为研究最多的两种ORR过渡金属活性中??心。由于酞菁铁、卟啉铁等金属大环分子有着天然的Fe-N4结构,通过热解煅烧??可以在基体中形成较高密度的Fe-N4活性中心,是一类很好的铁源前驱体。北京??化工大学的王峰教授和美国凯斯西储大学的戴黎明教授等人[5()]通过将封装在多??孔碳载体的微孔里的酞菁铁/酞菁铁复合物热解的方法,制备了分散在三维分层??结构的分级多孔碳的载体上的的Fe单原子催化剂(SA-Fe-HPC)。SA-Fe-HPC催??化剂在酸性电解液中具有与商业Pt/C相当的ORR催化活性,其中半波电势为0.81??V,此外还具有比商业Pt/C更好的稳定性和燃料选择性(图1-3)。在碱性电解质??中,SA-Fe-HPC催化剂具有比商业Pt/C更好的氧还原催化活性、长期稳
??0,?sat.?0.5?M?H,SO<t?900?rpm,?25?#C??I?*1?■?Fe-PANI-hydrogel?j?jj??I?|?,?Fe-PANI-MLMN-hydroge<?/?I?f??\???-a-?Fe>PANI-EN-hydf〇gel?/?[?I??t2?/?i?/??'■逢?Support-frM?Ft-PANI^*?1?'??i^::::^4?::??證丨?f舞謂麥02?04?06?06?'0??Polential?(V?vs.?RHE)??图1-5?(a)利用聚苯胺水凝胶制备Fe-N-C的合成示意图;(b)高分辨率的HADDF-STEM??电镜图显示了孤立单原子Fe的存在;(c)不同的Fe-N-C催化剂材料的LSV曲线[531??Fig.?1-5?(a)?Synthesis?scheme?of?polyaniline?hydrogel?approach?to?prepare?Fe-N-C?catalysts;?(b)??The?high-resolution?HAADF-STEM?image?showing?Fe?atoms?isolated?in?atomic?iron?sites;?(c)?The??LSV?curves?of?different?Fe-N-C?catalysts[53].??有研宂证实,过渡金属氮碳催化剂最大的活性中心是M-Nx,其中M为过渡??金属(如Fe、Co、Ni、Mn)?,?x是表示过渡金属元素配位的N原子数目。在实际??的合成过程,由于热解过程中金属原子易向纳米粒子方向迁移和团聚,形成一些??分布不均的非活性金属化合物或不稳定的低活性中心,这会影响过渡金
【参考文献】:
期刊论文
[1]燃料电池用聚合物质子交换膜的研究进展[J]. 刘旭坡,张运丰,邓邵峰,王得丽,程寒松. 电化学. 2020(01)
本文编号:3035965
【文章来源】:北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:87 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图1-1氢氧燃料的工作原理示意图??
mtum?ra^??\\?/?//?i-2?'^3fLV?l-2?-—//??i:??i?4:rrrn—?i:?p??.7???SA-F?-MPC?-?-Conwna^PWC?〇?J*M—?-*iJ?^?-6?*??0.2?04?0.6?0*8 ̄?1?0?"7?0.2?0.4?_0:6?0?8—?1?0?0.2?0?4?060?8?10??Polantwi?(V?vs?RHE)?Polantwl?(V?vs?RHE)?Potential?(V?vs?RH£)??图1-3?SA-Fe-HPC的氧还原催化曲线[5Q]??Fig.?1-3?ORR?catalytic?curves?of?SA-Fe-HPC[50].??在M-N-C催化剂的研究当中,Fe-N-C和Co-N-C是最有望代替铂基催化剂的??两种过渡金属氮碳催化剂,Fe和Co也成为研究最多的两种ORR过渡金属活性中??心。由于酞菁铁、卟啉铁等金属大环分子有着天然的Fe-N4结构,通过热解煅烧??可以在基体中形成较高密度的Fe-N4活性中心,是一类很好的铁源前驱体。北京??化工大学的王峰教授和美国凯斯西储大学的戴黎明教授等人[5()]通过将封装在多??孔碳载体的微孔里的酞菁铁/酞菁铁复合物热解的方法,制备了分散在三维分层??结构的分级多孔碳的载体上的的Fe单原子催化剂(SA-Fe-HPC)。SA-Fe-HPC催??化剂在酸性电解液中具有与商业Pt/C相当的ORR催化活性,其中半波电势为0.81??V,此外还具有比商业Pt/C更好的稳定性和燃料选择性(图1-3)。在碱性电解质??中,SA-Fe-HPC催化剂具有比商业Pt/C更好的氧还原催化活性、长期稳
??0,?sat.?0.5?M?H,SO<t?900?rpm,?25?#C??I?*1?■?Fe-PANI-hydrogel?j?jj??I?|?,?Fe-PANI-MLMN-hydroge<?/?I?f??\???-a-?Fe>PANI-EN-hydf〇gel?/?[?I??t2?/?i?/??'■逢?Support-frM?Ft-PANI^*?1?'??i^::::^4?::??證丨?f舞謂麥02?04?06?06?'0??Polential?(V?vs.?RHE)??图1-5?(a)利用聚苯胺水凝胶制备Fe-N-C的合成示意图;(b)高分辨率的HADDF-STEM??电镜图显示了孤立单原子Fe的存在;(c)不同的Fe-N-C催化剂材料的LSV曲线[531??Fig.?1-5?(a)?Synthesis?scheme?of?polyaniline?hydrogel?approach?to?prepare?Fe-N-C?catalysts;?(b)??The?high-resolution?HAADF-STEM?image?showing?Fe?atoms?isolated?in?atomic?iron?sites;?(c)?The??LSV?curves?of?different?Fe-N-C?catalysts[53].??有研宂证实,过渡金属氮碳催化剂最大的活性中心是M-Nx,其中M为过渡??金属(如Fe、Co、Ni、Mn)?,?x是表示过渡金属元素配位的N原子数目。在实际??的合成过程,由于热解过程中金属原子易向纳米粒子方向迁移和团聚,形成一些??分布不均的非活性金属化合物或不稳定的低活性中心,这会影响过渡金
【参考文献】:
期刊论文
[1]燃料电池用聚合物质子交换膜的研究进展[J]. 刘旭坡,张运丰,邓邵峰,王得丽,程寒松. 电化学. 2020(01)
本文编号:3035965
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3035965.html