过渡金属/杂原子掺杂碳材料的制备及其氧还原催化性能研究

发布时间：2021-05-13 22:40

　　氧还原反应是燃料电池和金属-空气电池阴极的一个重要反应过程,其动力学反应速率较低,严重影响了电池的能量转换效率,因此需要使用催化剂加速其反应进程。铂基催化剂作为目前主流的氧还原催化剂,具有优异的氧还原催化活性,但其成本高、稳定性和催化选择性较差,不利于燃料电池的大规模商业化应用。解决这些问题的有效途径是用低成本的原材料和简单易行的方法制备高效稳定的非Pt基催化剂。催化剂的性能与活性位点的本征催化活性以及有效活性位点数量相关,其中本征催化活性由催化剂的组成决定,有效活性位点数量与催化剂的多孔结构以及比表面积有关。因此,为了探究高活性的催化活性中心以及构建优良的催化剂结构,本文采用多种策略合成了一系列过渡金属/杂原子掺杂的碳基催化剂,并对材料的形貌、结构、组成以及氧还原催化性能进行表征。主要内容和结果如下:（1）以C₃N₄、柠檬酸以及过渡金属盐为前驱体,通过一步煅烧方法分别制备了Fe/Fe₃N-NC、Co-NC和Ni-NC催化剂,其中C₃N₄为碳源和氮源,柠檬酸为络合剂促进金属离子... 

【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】：69 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 燃料电池概述
        1.2.1 燃料电池的发展
        1.2.2 燃料电池的基本结构和工作原理
        1.2.3 燃料电池的分类及其特点
        1.2.4 燃料电池商业化面临的挑战及发展趋势
    1.3 氧还原反应机理
    1.4 氧还原催化剂概述
        1.4.1 Pt基催化剂
        1.4.2 非金属碳基催化剂
        1.4.3 过渡金属-氮-碳型催化剂
        1.4.4 过渡金属化合物催化剂
    1.5 本课题的研究意义及主要研究内容
第2章 不同过渡金属掺杂对碳材料结构、组成以及氧还原催化性能的影响
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 材料的制备、物理表征及氧还原催化性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 氧还原催化性能
        2.3.2 形貌及结构分析
        2.3.3 组成分析
    2.4 本章小结
第3章 Fe/N/S掺杂多孔碳纳米管的制备及其氧还原催化性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 材料的制备、物理表征及氧还原催化性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 物理表征结果
        3.3.2 氧还原催化性能
    3.4 本章小结
第4章 Fe/N掺杂的三维多孔碳材料的制备及其氧还原催化性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 材料的制备、物理表征及氧还原催化性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 物理表征结果
        4.3.2 氧还原催化性能
    4.4 本章小结
结论与展望
参考文献
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
致谢



本文编号：3184830