银活化氮掺杂石墨烯电化学氧还原性能研究

发布时间：2021-04-26 07:24

　　化石燃料的急剧消耗及环境问题的日益严重,寻找清洁、可再生的能源供给成为当务之急。燃料电池将氢能直接转化为电能,是一类清洁高效的能量转换装置,但阴极氧还原反应动力学缓慢限制了燃料电池的效率。铂（Pt）是公认的最有效的氧还原催化剂,但高成本限制了其商业化推广。因而,发展非铂催化剂如过渡金属或者无金属催化剂成为氧还原催化剂领域的研究热点。石墨烯等纳米碳作为一类有前途的氧还原催化剂,具有独特的物理化学性质,例如超高表面积、高载流子迁移率和可调节的费米能级。纯石墨烯是零带隙半金属,在费米能级附近具有低的态密度,对于氧还原反应是惰性的。化学改性如掺杂N可以增加费米能级附近的电子态密度,激发石墨烯的催化活性。研究证明金属也可以作为电子供体调节石墨烯表面的电子状态。石墨烯层包覆金属纳米粒子是一种有前景的策略,可有效保护内部金属在强酸强碱条件下不被破坏的同时活化外层石墨烯的催化能力。本论文提出了一种以金属银作为强电子供体来提高石墨烯费米能级的策略,将低功函金属银（WF=4.2 eV）包裹在氮掺杂石墨烯（WF=4.5 eV）中以缩小石墨烯费米能级和C-O*反键态的能量差异,优化氧还原性能。以葡萄糖为碳源、... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 燃料电池电催化氧还原的基本反应过程
        1.2.1 燃料电池的介绍
        1.2.2 氧还原的基本反应
        1.2.3 氧还原催化剂的电化学测试
    1.3 氧还原催化剂的研究现状
        1.3.1 铂基催化剂
        1.3.2 非贵金属催化剂
        1.3.3 无金属催化剂
    1.4 石墨烯包覆金属催化剂
        1.4.1 石墨烯的介绍
        1.4.2 石墨烯包覆金属催化剂
        1.4.3 石墨烯及包覆结构氧还原催化机理
        1.4.4 石墨烯包覆结构的制备
    1.5 本文的研究内容和意义
    参考文献
第二章 实验部分
    2.1 实验材料与试剂
    2.2 催化剂的制备
    2.3 催化剂的物化性能表征
        2.3.1 X射线衍射测试（XRD）
        2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
        2.3.3 透射电子显微镜（TEM）
        2.3.4 X射线电子能谱（XPS）
        2.3.5 拉曼光谱仪（Raman）
    2.4 催化剂的电化学性能表征
        2.4.1 循环伏安测试（CV）
        2.4.2 线性扫描伏安测试（LSV）
        2.4.3 电化学活性面积（ECSA）
        2.4.4 电化学交流阻抗谱测试（EIS）
    参考文献
第三章 石墨烯包覆银催化剂ORR性能的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 石墨烯催化剂的制备
        3.2.2 石墨烯包覆银催化剂的制备
        3.2.3 工作电极的制备
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 催化剂的物相表征
        3.3.2 催化剂的电化学性能表征
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 结论与展望
    4.1 主要结论
    4.2 展望
硕士期间发表文章
致谢



本文编号：3161000