FeCo锚定N掺杂空心纳米球用于电催化氧还原反应和可充电锌空气电池
发布时间：2021-02-18 06:18
燃料电池是一种高效的能源转化装置,在将燃料转化为电能的过程中可以达到60%的转化效率,且不受卡诺循环的限制,是一种十分有前景的新型电池。由于其阴极氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）具有高能量壁垒,目前采用的Pt/C催化剂无法大规模商业化,因此急需高效又经济的催化剂,非贵金属碳基催化剂是一种有望替代商用Pt/C的催化剂,其成本较低,而且内部的活性位点可以得到充分利用,此外,碳基催化剂还可以额外掺杂活性元素,例如N、S等,进一步提高其催化活性,本文以上述研究成果为宗旨,以硬模板法做为指导,以聚苯胺（PANI）核壳微球作为前驱体,合成了 Fe、Co、N三元组分共掺杂的C空心微球,通过研究它的合成过程、合成条件,得出其催化原理,并进一步测试其电化学催化活性以及在锌空气（Zn-Air）电池上的应用。在本文方法中,首先合成前驱体N掺杂的空心微球（NDHC）,然后经过ZIF-67（Zeolitic Imidazolate Frameworks,沸石咪唑酯骨架结构材料）的原位生长以及高温碳化,形成Fe/Co@NDHC微球,经过对合成过程的研究以及表征,结果发现形成...
【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】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池（Fuel Cell）的结构以及工作原理
1.3 金属-空气电池的结构与反应机理
1.4 ORR催化剂机理以及概述
1.4.1 金属基催化剂
1.4.2 碳基催化剂
1.5 ORR测试相关参数
1.5.1 起始电位与半波电位
1.5.2 扩散电流
1.5.3 塔菲尔（Tafel）斜率
1.5.4 电子转移数（n）和过氧化氢（H2O2）产率
1.6 论文选题的目的和意义
1.7 本课题的主要研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验药品及仪器
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验仪器
2.2 微球的制备
3O4）颗粒的合成"> 2.2.1 四氧化三铁（Fe3O4）颗粒的合成
3O4@PANI微球的合成"> 2.2.2 磁性Fe3O4@PANI微球的合成
2.2.3 N掺杂空心碳颗粒（NDHC）的合成
2.2.4 Fe/Co@NDHC微粒的合成
2.3 电化学催化剂及工作电极的制备
2.3.1 电化学催化剂的制备
2.3.2 电化学工作电极的制备
2.4 锌空气电池的制备
2.5 表征与测试方法
2.5.1 红外光谱分析（IR）
2.5.2 透射电子显微镜与扫描电子显微镜分析（TEM and SEM）
2.5.3 X射线衍射分析（XRD）
2.5.4 X射线光电子能谱分析（XPS）
2.5.5 拉曼光谱分析（Raman）
2.5.6 X射线吸收精细测试（XAFS）
2.5.7 密度泛函理论计算
2.5.8 电催化性能测试
2.5.9 电池性能测试
第三章 测试结果与讨论
3.1 SEM、TEM、HRTEM、Mapping结构分析
3.2 红外光谱基团分析
3.3 XPS与XAFS成分分析
3.4 XRD,BET与Raman辅助表征
3.5 本章小结
第四章 微球的电化学性能
4.1 前言
4.2 ORR性能
4.2.1 不同催化剂的ORR性能
2O2产率"> 4.2.2 电子转移数与H2O2产率
4.2.3 稳定性与耐甲醇性能
4.2.4 活性位点的模型构建与反应自由能计算
4.3 OER性能
4.4 Fe/Co@NDHC在锌-空气电池中的应用
4.4.1 简易锌-空气电池的组装
4.4.2 锌空气电池的充放电极化曲线和恒流放电曲线及其功率密度
4.4.3 恒流充放电曲线
4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂的碳材料中石墨化氮和吡啶氮对氧还原反应的催化特性（英文）[J]. 刘京,宋平,阮明波,徐维林. 催化学报. 2016(07)
本文编号：3039154
【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】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池（Fuel Cell）的结构以及工作原理
1.3 金属-空气电池的结构与反应机理
1.4 ORR催化剂机理以及概述
1.4.1 金属基催化剂
1.4.2 碳基催化剂
1.5 ORR测试相关参数
1.5.1 起始电位与半波电位
1.5.2 扩散电流
1.5.3 塔菲尔（Tafel）斜率
1.5.4 电子转移数（n）和过氧化氢（H2O2）产率
1.6 论文选题的目的和意义
1.7 本课题的主要研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验药品及仪器
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验仪器
2.2 微球的制备
3O4）颗粒的合成"> 2.2.1 四氧化三铁（Fe3O4）颗粒的合成
3O4@PANI微球的合成"> 2.2.2 磁性Fe3O4@PANI微球的合成
2.2.3 N掺杂空心碳颗粒（NDHC）的合成
2.2.4 Fe/Co@NDHC微粒的合成
2.3 电化学催化剂及工作电极的制备
2.3.1 电化学催化剂的制备
2.3.2 电化学工作电极的制备
2.4 锌空气电池的制备
2.5 表征与测试方法
2.5.1 红外光谱分析（IR）
2.5.2 透射电子显微镜与扫描电子显微镜分析（TEM and SEM）
2.5.3 X射线衍射分析（XRD）
2.5.4 X射线光电子能谱分析（XPS）
2.5.5 拉曼光谱分析（Raman）
2.5.6 X射线吸收精细测试（XAFS）
2.5.7 密度泛函理论计算
2.5.8 电催化性能测试
2.5.9 电池性能测试
第三章 测试结果与讨论
3.1 SEM、TEM、HRTEM、Mapping结构分析
3.2 红外光谱基团分析
3.3 XPS与XAFS成分分析
3.4 XRD,BET与Raman辅助表征
3.5 本章小结
第四章 微球的电化学性能
4.1 前言
4.2 ORR性能
4.2.1 不同催化剂的ORR性能
2O2产率"> 4.2.2 电子转移数与H2O2产率
4.2.3 稳定性与耐甲醇性能
4.2.4 活性位点的模型构建与反应自由能计算
4.3 OER性能
4.4 Fe/Co@NDHC在锌-空气电池中的应用
4.4.1 简易锌-空气电池的组装
4.4.2 锌空气电池的充放电极化曲线和恒流放电曲线及其功率密度
4.4.3 恒流充放电曲线
4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂的碳材料中石墨化氮和吡啶氮对氧还原反应的催化特性（英文）[J]. 刘京,宋平,阮明波,徐维林. 催化学报. 2016(07)
本文编号：3039154
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3039154.html
