多孔碳基氧还原催化剂的制备及其在金属-空气电池中的应用研究

发布时间：2021-05-08 12:28

　　燃料电池,尤其是金属-空气电池,以其高能量密度和能量转化效率,被认为是最有发展前景的能源转换装置之一。燃料电池规模化应用的发展瓶颈在于阴极氧还原反应的动力学速率缓慢,通常需要贵金属催化剂Pt等来满足大电流输出。Pt基催化剂存在价格高昂、储量稀少、循环稳定性能不佳等问题,因此亟需开发新型低Pt或非Pt高效氧还原催化剂来促进燃料电池的发展。本文以还原石墨烯和MOFs衍生多孔碳为载体,合成了多种低Pt和非Pt碳基氧还原催化剂,并研究了其在锌-空气电池和铅-空气电池中的应用,主要研究工作如下:（1）在还原石墨烯上（rGO）负载铋酸银催化剂,研究该催化剂的氧还原性能及其在铅-空气电池中制备电池级氧化铅的应用Ag合金和碳载Ag等系列Ag催化剂在高浓度的碱中有优异的氧还原活性和耐久性。本章为了克服Ag4Bi2O5合成过程复杂且掺杂不均匀、容易团聚等问题,提出以还原石墨烯为载体制备石墨烯负载的Ag4Bi2O5。通过在石墨烯上生长Ag4Bi205晶体,提高了催化剂的导电性,同时石墨烯的空间限域作用抑制了 Ag4Bi2O5的团聚。测试结果表明,Ag4Bi2O5/rGO催化剂在碱性电解液中与商业Pt/C催化... 

【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】：119 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 金属-空气电池
    1.3 阴极氧还原反应
        1.3.1 氧还原反应机理
        1.3.2 氧还原反应亟待解决的问题
    1.4 阴极氧还原反应催化剂
        1.4.1 金属氧化物型催化剂
        1.4.2 过渡金属-氮-碳型催化剂
        1.4.3 基于新型载体的Pt基催化剂
    1.5 论文选题的意义和研究目的
        1.5.1 本论文的主要研究内容
        1.5.2 本论文创新点
第二章 还原氧化石墨烯负载铋酸银的氧还原性能研究及在铅-空气电池中的应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 Ag_4Bi_2O_5/rGO的合成及表征
        2.3.2 Ag_4Bi_2O_5/rGO的氧还原催化性能
        2.3.3 Ag_4Bi_2O_5/rGO应用于铅-空气电池性能研究
    2.4 本章小结
第三章 Co/Zn-MOF衍生的Co/NC催化剂的氧还原性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Co/Zn-ZIF及其热解衍生产物Co/NC的结构表征
        3.3.2 Co/Zn-ZIF衍生产物Co/NC的ORR性能
        3.3.3 模板修饰对Co/Zn-ZIF衍生产物Co/NC的ORR性能影响
    3.4 本章小结
第四章 Al/Zn-MOF衍生分级多孔碳负载铂的氧还原性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Al/Zn-MOF衍生多孔碳AHPC的制备与表征
        4.3.2 Pt/AHPC的制备和结构表征
        4.3.3 Pt/AHPC的氧还原性能测试
        4.3.4 Pt/AHPC的锌-空气电池性能测试
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
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]New design paradigm for heterogeneous catalysts[J]. Aleksandra Vojvodic,Jens K.N?rskov.  National Science Review. 2015(02)



本文编号：3175336