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高效钴基氧电极催化材料的构筑及电催化性能研究

发布时间:2021-11-15 22:45
  传统化石燃料的巨大消耗和温室气体的急剧增加,严重地限制了社会的可持续发展,因此经济、高效和清洁的新能源亟待开发与推广应用。在众多新型的可再生能源转化与存储装置中,燃料电池(Fuelcell,FC)和一体式可再生燃料电池(Unitized regenerative fuel cell,URFC)因其有高能量转化率、高能量密度和低排放等优点,在空间、军事及可移动电源等领域具有广阔的应用前景。燃料电池发展的瓶颈在于其动力学缓慢的氧电极反应,严重依赖于储量稀缺、成本高昂的贵金属Pt、Ir和Ru基等催化剂,极大地阻碍了其大规模应用和商业化推广。此外,载体直接影响着催化组分的分散性和稳定性,对催化剂的电催化性能起着至关重要的作用。因此,设计和开发负载型高活性与高稳定性的非贵金属(Non-precious metal,NPM)电催化剂具有重要的理论意义和实际应用价值。本论文针对氧电极反应(氧气还原反应:Oxygen reduction reaction,ORR和氧气析出反应:Oxygen evolution reaction,OER)动力学迟缓和过电势较高的问题,以高效且稳定的钴基氧电极催化材料为功... 

【文章来源】:北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:141 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

高效钴基氧电极催化材料的构筑及电催化性能研究


图1-3酸性(蓝色标记)/碱性(红色标记)介质中的OER反应机制[2〇]??Fig.?1-3?The?OER?mechanism?in?acid?(blue?Iine)/alkaline?(red?line)?media[2〇l??

路线图,纳米棒,纳米材料,电解质


CNT数量和氮??物种等因素的影响规律。其中,当热解温度为800°C时,MOFs-800催化剂展现出优??异的ORR性能,可归因于以下几个方面:(l)CoNPs的晶粒尺寸最小;(2)CoNPs??与CNT间的SMSI效应最强,有利于活性组分和载体间的电子传输;(3)碳载体表面??原位生长的NCNT数量最多;(4)含氮量(吡啶氮、Co-Nx、石墨氮等)最高。类似??地,Mu课题组【97]成功地将3DZIF纳米材料催化转化成ID?Co-Nx/C纳米棒阵列(Co-??Nx/C?NRA),如图1-5所示。在0.1?M?KOH介质中,Co-Nx/C?NRA展现出了优越的??ORR/OER双功能电催化活性和稳定性,其AE?(勾=1G(0ER)-及/2(0RR))值约为0.65V,进??一步在锌空气电池测试中,其能量密度高达853.12?Wh?kgzn—1。Co-NVC?NRA电催化??剂显著的氧电极双功能性能可归因于催化剂中具有丰富的0>1^活性组分、独特的纳??米棒形貌、发达的孔隙结构、较大的比表面以及活性位点和载体间的强协同作用。??售?二'乂??Metal?ion/organic?Metal-organic?^-graphene?analogue??A?clusters?framework?particles?Co-UJC?nanorod??1:广?1?‘,偏??g-150?j?j?:?pic?(^垣?Co^yCNRA?々左?〇ER??u?O.e?09?12?1.5?1.8?r*?〇?100?200?300?400?n??杉?Potential?(V?vwsus?RHE)?l?Curr?r?l?dens^y?(m

示意图,纳米棒,动力学,晶面


?北京化工大学博士学位论文???A?、?—伽?B,卜一.爲'?—-??麵?:-?._丨t—??I??:?f?:,\导::..一.麵??〇2?4?4?OW?_?(、?f^ction^y????OER^^^^ORR?\?_?°""?0,*l?^?〇w?,21?^|????〇,〇l??t——??图1-8?(A)单晶CoO纳米棒表面构筑的示意图;(b)不同晶面上且在平衡电势下的ORR/OER自??由能(计算值);(c)SCCoONCs与PCCoONCs催化剂的ORR/OER动力学电流密度丨117]??Fig.?1-8?(A)?the?schematic?illustration?of?the?engineering?of?single-crystal?cobalt?nanorods;?(b)?the??calculated?free?energy?diagram?at?the?equilibrium?potential?on?different?facets;?(c)?intrinsic?ORR/OER??activities?of?SC?CoO?NCs?and?PC?CoO?NCs?catalysts"】7】??1.5本论文立题目的和意义??传统化石燃料的巨大消耗和温室气体的急剧增加,严重地限制了社会的可持续性??发展,因此全面推进经济、高效、清洁、多元的能源结构转化进程显得尤其重要和迫??切。在众多新型可再生能源转化与存储装置中,燃料电池和可再生燃料电池因其有高??能量转化率,高能量密度,长期稳定和低排放等优点,在空间、军事及可移动电源等??领域具有广阔的应用前景和市常此类装置的自身发展瓶颈主


本文编号:3497645

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