石墨化碳的制备及其电催化性能研究

发布时间：2021-08-07 12:22

　　目前,人类正面临着能源短缺与环境污染的严峻问题,因此开发清洁能源势在必行,而燃料电池被认为是目前最有发展前景的环保、高效新型能源。但是,由于燃料电池阴极氧还原反应动力学速率迟缓,大大限制了其性能的提高。目前燃料电池最有效的阴极催化剂是铂碳,但是却由于铂资源匮乏,价格高昂,限制了燃料电池的大规模应用。因此,开发储量丰富、价格低廉、催化性能优良的非贵金属催化剂迫在眉睫。石墨化碳材料由于其优异的电荷传导能力、化学稳定性以及极大的比表面积等优势而在电催化领域展现出了巨大的应用前景。因此本论文使用简单的制备方法,制备出了具有三维结构且氧还原性能优异的石墨化碳材料,并对其结构、形貌和电化学性能等进行了深入研究。主要研究内容和结论如下:以锂为还原剂、二氧化碳为碳源,采用一步还原法成功制备出三维石墨化碳材料催化剂。制备得到的石墨化碳材料具有花状的三维结构。经过电化学测试,发现当反应温度为600℃时,锂与二氧化碳反应24 h制备的石墨化碳表现出最佳的氧还原催化性能:催化剂的起始电位为0.91 V、半波电位为0.78 V,极限扩散电流密度为5.66 mA cm^-2,转移电子数接近4,... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

质子交换膜燃料电池的结构与工作原理示意图

燃料电池的阴极氧还原反应是非常复杂，不但涉及了电子和羟基程中还有多种中间产物的产生，使对氧还原反应的研究变得更加还原的详细机理目前并没有完全研究清楚，也没有统一的观点。就以在碱性介质中的氧还原反应为例，结合图 1-2 对氧还原的反]。

材料作为基本结构单元构成富勒烯、碳纳米管和石墨等碳极催化剂已被证明能有效地催化燃料电池的氧还原应用需求，氮掺杂石墨烯引起了研究者相当大的兴，可大大提高石墨烯催化剂的氧还原催化性能，并,45]。一种非金属碳材料，由于其较高的比表面积、优异和耐蚀性，被认为是一种高效的 ORR 催化剂。此外 催化剂相比，碳纳米管应用于燃料电池时，更易保后，可以起到更明显的效果。与二维碳布电极相比表面积。此外，碳纳米管优异的电化学性能可以促力的电极材料[46]。用化学气相沉积法（CVD）制备了氮掺杂碳纳米管

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本文编号：3327792