多孔掺杂类石墨烯碳材料的制备及其氧还原性能研究
发布时间：2021-09-01 13:49
燃料电池是一类非常具有潜力的能源储存和转换系统,然而其阴极氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）的动力学过程十分缓慢,因此需要高性能的ORR催化剂来加速阴极ORR反应。截止目前,金属Pt催化剂仍然是用得最广泛的催化剂,但其高昂的成本也是限制燃料电池大规模商业化应用的重要原因之一。因此,开发廉价高效的ORR催化剂代替传统Pt基催化剂对燃料电池的商业化进程意义重大。当前已得到的ORR催化材料中,碳具有较好的ORR催化活性,同时碳还具有来源广泛、价格低廉等优点,受到了广泛的关注,并成为新能源领域中最为热门的研究方向之一。在过去的一些年中,碳基ORR催化剂取得了巨大的进展,但仍然无法满足燃料电池的实际需要。本文以丙烯腈为原料,通过聚合、掺杂、热解等过程制备不同组成的多孔掺杂类石墨烯ORR催化剂,并对它们的催化性能进行了研究。（1）以聚丙烯腈为前驱体,以升华硫为硫源,以二氧化硅为模板制备具有超高比表面积（1060 m2﹒g-1）的氮、硫共掺杂的,高比表面积的均匀空心碳纳米球。该催化剂表现出了优异的ORR催化性能、四电子催化路径的选择性、甲醇耐受性及稳定性。通过分...
【文章来源】：海南师范大学海南省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型以甲醇或H2为燃料的燃料电池简易结构及基本原理图
图 1-2 质子交换膜燃料电池的原理和结构简图极反应（氢气的氧化反应）：H2→ 2H++ 2e-极反应（氧气的还原反应）：“二电子”过程机理O2+ 4H++ 2e-→ H2O2H2O2+ 2H++ 2e-→ 2H2O直接“四电子”过程机理O2+ 4 H++ 4e-→ 2H2O反应：1/2 O2+ H2→ H2O 碱性燃料电池性燃料电池通常以 KOH 溶液作为液体电解质，其工作原理为：极反应(氢气的氧化反应)：H2+ 2OH-→ 2H2O + 2e-
图 1-3 碱性燃料电池工作原理简图[6]1.3 多原子共掺杂碳基氧还原催化剂的研究进展在 PEMFC 中，电池的阴极及阳极均需要用到金属 Pt 作为催化剂，一方面，P金属，储量有限，价格高昂；另一方面，金属 Pt 在使用过程中，还面临着稳定性易中毒等不足，这些都使得 PEMFC 难以商业化。因此，PEMFC 中的大部分 Pt 被阴极以催化 ORR。开发廉价的非贵金属 ORR 催化剂以替代贵金属催化剂对于PEMFC 大规模商业化应用尤为重要[7-10]。sp2杂化碳材料具有丰富的离域 π 电子，有为催化反应提供大量的电子的潜力由于碳中的离域电子比较稳定，单纯的碳具有微弱的 ORR 催化性能。在碳骨架中杂原子进行掺杂，可以打破碳中电子的稳定性，因而可以显著提升碳的 ORR 性能基 ORR 催化剂在碱性燃料电池中表现出很高的催化活性、稳定性和优异的抗中毒[6, 11-16][17]
本文编号：3377092
【文章来源】：海南师范大学海南省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型以甲醇或H2为燃料的燃料电池简易结构及基本原理图
图 1-2 质子交换膜燃料电池的原理和结构简图极反应（氢气的氧化反应）：H2→ 2H++ 2e-极反应（氧气的还原反应）：“二电子”过程机理O2+ 4H++ 2e-→ H2O2H2O2+ 2H++ 2e-→ 2H2O直接“四电子”过程机理O2+ 4 H++ 4e-→ 2H2O反应：1/2 O2+ H2→ H2O 碱性燃料电池性燃料电池通常以 KOH 溶液作为液体电解质，其工作原理为：极反应(氢气的氧化反应)：H2+ 2OH-→ 2H2O + 2e-
图 1-3 碱性燃料电池工作原理简图[6]1.3 多原子共掺杂碳基氧还原催化剂的研究进展在 PEMFC 中，电池的阴极及阳极均需要用到金属 Pt 作为催化剂，一方面，P金属，储量有限，价格高昂；另一方面，金属 Pt 在使用过程中，还面临着稳定性易中毒等不足，这些都使得 PEMFC 难以商业化。因此，PEMFC 中的大部分 Pt 被阴极以催化 ORR。开发廉价的非贵金属 ORR 催化剂以替代贵金属催化剂对于PEMFC 大规模商业化应用尤为重要[7-10]。sp2杂化碳材料具有丰富的离域 π 电子，有为催化反应提供大量的电子的潜力由于碳中的离域电子比较稳定，单纯的碳具有微弱的 ORR 催化性能。在碳骨架中杂原子进行掺杂，可以打破碳中电子的稳定性，因而可以显著提升碳的 ORR 性能基 ORR 催化剂在碱性燃料电池中表现出很高的催化活性、稳定性和优异的抗中毒[6, 11-16][17]
本文编号：3377092
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