Cu-bipy-BTC生碳基材料修极微生物燃料电池产电性能研究

发布时间：2021-08-08 12:42

　　微生物燃料电池（MFC）能够将有机物中的化学能直接转化为电能,是集产能与环保为一体的新型能量转换装置。空气阴极以O2为电子受体,氧化还原电位高。但是,阴极氧还原反应（ORR）速率缓慢,需要用催化剂提高其反应速率并降低阴极过电势。传统的已知最高效的Pt基催化剂成本高、资源匮乏且易中毒。因此,亟需发展高效、成本低廉的ORR催化剂替代贵金属Pt。金属有机骨架化合物（MOF）Cu-bipy-BTC在中性电解液中具有优异的ORR催化性能,若能克服Cu-bipy-BTC导电性差,则可望用于修饰阴极,实现高效快速的ORR反应。鉴于此,本文拟采取煅烧法改善Cu-bipy-BTC的导电性同时保留/提高其氧还原催化活性,从而提高阴极性能,提升MFC产电性能。采用水热法制备了前驱体Cu-bipy-BTC,采用N2保护下高温煅烧制备了Cu-bipy-BTC 衍生碳基催化剂 MOF-T（T = 600、700、800、900℃）。SEM、XRD、FTIR表征结果表明,MOF-T的晶体结构相似,为Cu、N掺杂的多孔碳材料。高分辨率Nls谱图表明,Cu-bipy-BTC只有吡咯氮一种形态的氮,而MOF-T含有吡啶氮... 

【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】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 微生物燃料电池(MFC)非铂阴极催化剂的研究进展
        1.2.1 非铂阴极催化剂研究现状
        1.2.2 非铂阴极催化剂研究存在的问题及发展方向
    1.3 金属有机骨架化合物(MOFs)概述
        1.3.1 MOFs的特点与分类
        1.3.2 MOFs在氧还原(ORR)催化中的作用
    1.4 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料修饰阴极MFC的研究构思
    1.5 研究目的及研究内容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 主要研究内容
        1.5.3 技术路线
第二章 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料的制备与物化性质
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 试剂与仪器
        2.2.2 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料的合成方法
        2.2.3 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料的表征方法
    2.3 绪果与讨论
        2.3.1 X射线衍射光谱分析
        2.3.2 傅里叶变换红外光谱分析
        2.3.3 扫描电子显微镜观察
        2.3.4 透射电子显微镜观察
        2.3.5 X射线光电子谱分析
        2.3.6 氮气等温吸脱附曲线分析
    2.4 本章小结
第三章 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料的氧还原催化性能与机理
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 试剂与仪器
        3.2.2 电极的制作方法
        3.2.3 氧还原催化性能测试方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料的氧还原催化性能
        3.3.2 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料的氧还原催化机理
    3.4 本章小结
第四章 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料修饰阴极MFC的产电性能
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 阴极制作方法
        4.2.2 阴极形貌表征方法
        4.2.3 MFC装置的启动运行方法
        4.2.4 电化学测试方法
        4.2.5 数据处理方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Cu-bipy-BTC衔生碳基材料修饰阴极的氧还原催化性能
        4.3.2 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料修饰阴极MFC的产电性能
        4.3.3 Cu-bipy-BTC衍生碳基材料改善MFC产电性能的机理
    4.4 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]城市生活污水处理厂能耗分析与节能措施[J]. 徐映铨.  低碳世界. 2018(02)
[2]浅谈污水处理厂节能减排实现的途径[J]. 孙钧.  资源节约与环保. 2016(02)
[3]M-N-C阴极催化剂的制备及其在微生物燃料电池中的应用[J]. 白立俊,王许云,何海波,郭庆杰.  化工学报. 2014(04)
[4]二氧化铅阴极单室微生物燃料电池处理有机废水研究[J]. 汪家权,李晨,谭茜.  水处理技术. 2009(09)



本文编号：3329976