铁氮掺杂碳基材料的制备及其电催化氧还原性能的研究

发布时间：2021-02-22 13:49

　　燃料电池（Fuel cell,FC）具有清洁高效无污染的特点,是理想的能源转换技术,然而其阴极氧还原动力学过程缓慢,一般需要使用资源稀少、价格昂贵的铂催化剂,这导致燃料电池成本急剧增加,阻碍了其商业化应用。近年来,用于替代铂的非贵金属催化剂在用于燃料电池电催化氧还原领域展现出了巨大潜力,但是目前绝大多数非贵金属催化剂制备过程繁琐、流程冗长、耗时耗力且污染环境,且活性和稳定性差,无法达到商业化标准。因此,通过简单方法制备催化活性和稳定性好的非贵金属催化剂具有重要的理论和应用价值。本论文从储量丰富的铁和碳源出发,探索了合成简单、活性高、稳定性好的铁氮掺杂碳材料的制备过程,并通过离子液体表面修饰,进一步提升催化剂的氧还原催化活性和稳定性,为后续非贵金属氧还原催化和燃料电池应用的研究提供了重要的实验参考和理论支撑。本论文首先从硫酸和对苯二胺进行中和反应生成的质子酸盐[pPDA][2HSO₄]出发,通过高温碳化一步法合成孔径为10 nm的多孔碳材料,并引入大量含氧官能团增加亲水性。再将其水溶液与硫酸亚铁七水合物混合并高温碳化,制备得到铁氮掺杂碳催化剂,并通过多种表征研究其结... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池
        1.2.1 燃料电池的分类
        1.2.2 燃料电池的结构和原理
        1.2.3 燃料电池的优点
        1.2.4 现阶段面临的问题
        1.2.5 氧还原反应（ORR）
        1.2.6 催化剂的研究现状
    1.3 选题背景和主要研究内容
第2章 实验材料与表征手段
    2.1 实验主要试剂及仪器
        2.1.1 实验材料与试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料表征
        2.2.1 傅里叶红外光谱
        2.2.2 热重分析
        2.2.3 差示扫描量热分析
        2.2.4 穆斯堡尔谱
        2.2.5 比表面分析仪
        2.2.6 电感耦合等离子体发射光谱仪
        2.2.7 X射线粉末衍射
        2.2.8 X射线光电子能谱
        2.2.9 扫描电子显微镜
        2.2.10 透射电子显微镜
        2.2.11 拉曼光谱
    2.3 电化学研究
        2.3.1 工作电极制备
        2.3.2 电化学性能表征
第3章 质子酸盐制备铁氮掺杂碳基催化剂及其电催化氧还原性能的研究
    3.1 绪论
    3.2 实验部分
        3.2.1 催化剂制备
        3.2.2 材料表征
        3.2.3 电极制备和电化学表征
        3.2.4 结果与讨论
    3.3 本章小结
第4章 纳米限域离子液体提升单原子铁氮掺杂碳基催化剂的氧还原催化性能
    4.1 绪论
    4.2 实验部分
        4.2.1 催化剂的制备
        4.2.2 催化剂的物化表征
        4.2.3 催化剂的电极制备及电化学表征
        4.2.4 结果与讨论
    4.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]阴离子膜燃料电池碳基氧还原催化剂研究进展[J]. 孙天航,王晓晔,黄乃宝,梁成浩.  大连海事大学学报. 2016(03)
[2]多孔碳质材料在氧还原电催化中的应用[J]. 杨慧聪,梁骥,王振兴,安百钢,李峰.  新型炭材料. 2016(03)
[3]氮掺杂对碳材料性能的影响研究进展[J]. 张德懿,雷龙艳,尚永花.  化工进展. 2016(03)
[4]生物质基碳材料作为氧还原反应催化剂的研究进展[J]. 高书燕,苏景振.  化学通报. 2015(08)
[5]燃料电池非铂基氧还原电催化剂的最新研究进展[J]. 宋平,阮明波,刘京,冉光钧,徐维林.  电化学. 2015(02)
[6]碳材料的掺杂改性及其用于燃料电池催化剂的研究[J]. 郑锐萍,廖世军.  表面技术. 2015(01)
[7]杂原子掺碳材料氧还原催化剂研究进展[J]. 丁炜,张雪,李莉,魏子栋.  电化学. 2014(05)



本文编号：3046088