非金属杂原子共掺杂碳气凝胶的制备及其电催化氧还原性能的研究

发布时间：2021-06-26 08:10

　　燃料电池由于其较高能量转化效率、环境友好、噪音小等优点受到人们的关注。在整个燃料电池反应中,燃料电池负极发生的氧还原反应是制约燃料电池性能的最重要因素。因为在没有催化剂条件下,氧还原反应非常缓慢,因此寻找高效的氧还原催化剂十分重要。目前铂被认为是燃料电池最佳的负极材料,然而铂的成本高昂、地球蕴藏小和耐甲醇性能差等弊端制约了其大规模应用。因此寻找一种新型高效且价格低廉的催化剂来取代铂材料,成为燃料电池商业化使用最关键的因素。大量的探索发现过渡金属离子或非金属杂原子掺杂碳气凝胶拥有较好的电催化氧还原性能和较好的耐甲醇性能,其有望取代铂材料成为新的氧还原催化剂。本论文在深入研究了国内外碳气凝材料发展的基础上,发现目前碳气凝胶作为氧还原反应催化材料的研究主要集中在:石墨烯气凝胶,甲醛树脂气凝胶,高分子水凝胶等等,但是这些凝胶的制备存在着很多缺点,比如石墨烯气凝胶制备需要180℃水热十几个小时,这极大的浪费能源。甲醛树脂气凝胶的制备时间太长,少则几日,多则一周,同时甲醛是有毒容易挥发污染环境。高分子水凝胶的制备过程十分繁琐,需要引发剂、交联剂、氧化剂等等。这些缺点都极大的限制了它们在氧还原方面的... 

【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

在z饱和的0.5MHz8O,电解液中的电化学测量结果:(aBN-CA-800.BN-CA-900,

１０００．??我们通过测试了样品的氮气吸附脱附实验，进一步探宄样品的比表面积和孔??径大小分布。图３－３?（ａ－ｃ）所示产物ＳＮ－ＧＡ－８００和ＳＮ－ＧＡ－９００的氮气吸脱附等??温曲线符合ＩＶ（ａ）型等温线，并且等温线存在明显的Ｈ３滞后环，说明材料的孔径??以介孔为主，然而ＳＮ－ＧＡ－１０００的氮气吸脱附等温曲线符合ＩＶ（ｂ）型等温线，表明??材料孔径主要是介孔为主。随着煅烧温度的提高，样品的比表面积也同样增大??（４２４．５?ｍ２－ｇ＼?７３４．９心古１和１２２６．２?ｎ＾ｇ—１）。不同温度的样品孔径分布如图３－３??（ｄ－ｆ）所示，通过图可以看出三个产物的孔径是以介孔为主。ＳＮ－ＧＡ－１０００的比??表面积并是最大的，其催化氧还原性能是最好的，这说明比表面积是影响催化氧??还原性能的重要因素，高的比表面积有利于氧气的吸附和活性位点的暴露［２Ｇ，４Ｑ１。??３．３．３产物电化学性能分析??ａｈ?ｂｈ???—?＾?ｃ???．??ｆｔ．?—Ｓ＼＾；Ａ－Ｓ８＜｝?？Ｉ?—ｂ?ｉ?Ｍ?Ｋ〇ｉ，?．．?—ａ

为了深入探宄样品在酸性条件下的性能，我们将电解质溶液换成０．５?Ｍ??Ｈ２Ｓ０４，如图４－５?（ａ）所示，ＣｏＮ－ＣＡ－９００拥有较高的极限扩散电流和较正的起??始点位相比于其它不同温度的样品，但是和Ｐｔ／Ｃ依然存在较大的差距。如图４－５??（ｂ－ｃ）所示，当电解液加入甲醇后，我们的样品的极化曲线没有出现明显的衰??减，表明我们的材料在酸性条件下具备较好的抗甲醇性能。然而当Ｐｔ／Ｃ的电解??液中加入甲醇后，Ｐｔ／Ｃ的极化曲线发生了较大的变化，意味其受甲醇影响比较大??［４９］。同时我们进行了加速耐久性实验（ＡＤＴ）来测试ＣｏＮ－ＣＡ－９００的稳定性

【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉.  电化学. 2012(01)

博士论文
[1]Fe-N/C氧还原电催化剂的设计制备及性能研究[D]. 杨正坤.中国科学技术大学 2017
[2]非铂类高效氧还原催化剂设计及性能研究[D]. 张双双.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
[3]氮掺杂碳纳米片的制备及其在酸碱介质中氧还原催化性能[D]. 赵秋萍.兰州理工大学 2016
[4]碳基非贵金属氧还原催化剂的制备、性能及机理研究[D]. 钟国玉.华南理工大学 2016
[5]燃料电池电极反应机理及低铂催化剂的研究[D]. 骆明川.北京化工大学 2016
[6]M-Nx/C类非贵金属氧还原催化材料的构筑及其电化学性能研究[D]. 周学俊.东华大学 2016



本文编号：3250974