基于配位策略的高效氧电极催化剂的设计制备及性能优化

发布时间：2021-05-19 21:08

　　氢燃料电池以氢气作为燃料,不仅能量密度高,而且可真正做到零污染,因而被认为是理想的便携式能源装置之一。近年来,针对氢燃料电池的研究虽然取得了较大的进展,但要真正实际应用仍然面临着众多挑战,其中,氢源问题和成本问题是制约其应用的最主要因素。目前,对氢源来说,最佳的制氢方式是电解水,但该方式严重受制于阳极氧析出反应的高过电位;此外,相比阳极氢气的氧化,阴极氧还原反应的动力学过程非常缓慢,为匹配阳极反应,当前必须使用贵金属铂作为催化剂,从而加重了燃料电池的成本。显然,要克服上述两个瓶颈问题,关键在于寻找高效价廉的氧电极催化剂。近年来,虽然许多潜在的催化剂已被研究报导,但它们离燃料电池商业化的要求标准（譬如:活性、稳定性、制备成本等）仍然还有着一定的距离。因此,进一步优化或开发高效的氧电极催化剂依然十分必要。本论文的研究正是围绕燃料电池氧电极催化剂这一挑战性课题而开展,重点探索了利用配位策略来实现对高效氧电极催化剂的设计制备及优化,具体研究内容及取得的进展概述如下:1.类框架配位化合物具有高度有序的结构、大的可接触比表面积和易于调节的活性金属中心,是一类非常潜在的高效催化剂材料。本论文首先以预... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 氢燃料电池概述
        1.2.1 氢燃料电池的发展历史
        1.2.2 氢燃料电池的工作原理
        1.2.3 氢燃料电池的应用挑战
    1.3 氧析出反应(OER)
        1.3.1 OER的电催化原理
        1.3.2 OER催化剂的性能评估标准
            1.3.2.1 过电势
            1.3.2.2 交换电流密度
            1.3.2.3 Tafel斜率
        1.3.3 OER催化剂的发展现状
            1.3.3.1 应用于OER的贵金属催化剂
            1.3.3.2 应用于OER的非贵金属催化剂
        1.3.4 OER催化剂的挑战
    1.4 氧还原反应(ORR)
        1.4.1 ORR的电催化原理
        1.4.2 ORR催化剂的性能评估标准
            1.4.2.1 起始电位和半波电位
            1.4.2.2 动力学电流密度
            1.4.2.3 转移电子数
        1.4.3 ORR催化剂的发展现状
            1.4.3.1 应用于ORR的贵金属催化剂
            1.4.3.2 应用于ORR的非贵金属催化剂
            1.4.3.3 应用于ORR的非金属催化剂
        1.4.4 ORR催化剂的挑战
    1.5 本论文选题依据和主要研究思路
第二章 实验方法
    2.1 引言
    2.2 主要实验材料及设备
    2.3 材料的组成结构及微观形貌表征
        2.3.1 X射线衍射仪(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射线光电子能谱(XPS)
        2.3.5 拉曼光谱仪(Raman)
        2.3.6 红外光谱仪(FT-IR)
        2.3.7 全自动多功能气体吸附仪(BET)
    2.4 材料的电催化性能测试
        2.4.1 测试电极的制备
        2.4.2 循环伏安法(CV)
        2.4.3 线性扫描测试(LSV)
        2.4.4 稳定性测试
第三章 限域热处理的类普鲁士蓝用于氧析出反应的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 粉末NiFe~(II)-PBA的制备及热处理
        3.2.2 限域热处理的NiFe~(II)-PBA催化剂的制备
        3.2.3 限域热处理的NiFe~(II)-PBA催化剂的微观形貌和结构表征
        3.2.4 限域热处理的NiFe~(II)-PBA催化剂的催化性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 限域热处理的NiFe~(II)-PBA催化剂的组成分析
            3.3.1.1 XRD和Raman分析
            3.3.1.2 XPS分析
        3.3.2 限域热处理的NiFe~(II)-PBA催化剂的微观形貌分析
            3.3.2.1 SEM和TEM分析
            3.3.2.2 BET分析
        3.3.3 限域热处理的NiFe~(II)-PBA催化剂的电催化性能分析
            3.3.3.1 催化活性分析
            3.3.3.2 稳定性分析
    3.4 本章小结
第四章 鸡蛋膜衍生的双金属掺杂的多孔碳纤维用于氧还原反应的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 双金属掺杂的多孔碳纤维催化剂的制备
        4.2.2 双金属掺杂的多孔碳纤维催化剂的微观形貌及结构表征
        4.2.3 双金属掺杂的多孔碳纤维催化剂的催化性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 FT-IR和XRD分析
        4.3.2 XPS分析
        4.3.3 SEM和TEM分析
        4.3.4 电催化性能分析
    4.4 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]氢燃料电池的研究进展[J]. 胡庆松.  汽车实用技术. 2017(21)
[2]中国能源研究会发布《中国能源发展报告2016》[J]. 本刊讯.  电力与能源. 2016(05)
[3]质子交换膜燃料电池研究现状[J]. 聂明,张连营,李庆,何璧.  表面技术. 2012(03)
[4]质子交换膜燃料电池的研究进展[J]. 朱红,许韵华,李战国.  北方交通大学学报. 2003(06)
[5]加快燃料电池产业化进程的建议[J]. 沈培康.  电池. 2002(03)

博士论文
[1]质子交换膜燃料电池非贵金属阴极催化剂的制备及性能研究[D]. 林玲.中国科学技术大学 2017

硕士论文
[1]碳基非贵金属氧还原催化剂的制备及其性能研究[D]. 王晓涵.青岛大学 2016



本文编号：3196444