多孔掺杂石墨烯基非金属氧还原催化剂的制备及性能研究

发布时间：2021-12-18 21:32

　　作为新一代绿色高效能量转换装置,燃料电池和金属空气电池引起了很大的关注。然而,其阴极上固有的缓慢的氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）动力学严重限制了它们在商业应用中的发展。通常,铂（Pt）基材料被认为是最有效的ORR电催化剂之一。但是由于稀缺性、高成本、低稳定性和低耐甲醇性,Pt基催化剂在实际应用中也面临着艰巨的挑战。因此,研究非贵金属催化剂（Non-precious metal catalysts,NPMCs）作为ORR铂基材料的有效的替代品显得非常重要。由于优异的电荷导电性、大的表面积和丰富的掺杂特性,石墨烯作为碳材料的一种,在电催化应用中表现出卓越的性能。本文设计并制备了基于石墨烯的N掺杂多孔碳纳米片（graphene-based N-doped holey carbon nanosheets,GNHCNs）以及三维多孔氮磷共掺杂石墨烯催化剂（three-dimensional nitrogen and phosphorous co-doped holey graphene foams,N,P-HGFs）,通过物理表征及ORR性能、锌空气电池... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

燃料电池示意图

电池外部和内部之间的氧气压力差而扩散到多孔碳电极中，电解液中的氧还原为氢氧根离子。金属锌氧化产生可溶的锌酸），该过程通常进行直至它们在电解质中过饱和，之后锌酸根离锌。最后，产生的羟基离子从空气阴极迁移到锌阳极，完成全应如式(1-4)、(1-5)、(1-6)、(1-7)、(1-8)和(1-9)所示。反应：Zn → Zn2++ 2e-Zn2++ 4OH- → Zn(OH)42-(E0= -1.25 V vs. NHE) Zn(OH)42-→ ZnO + H2O + 2OH-反应：O2+ 2H2O + 4e-→ 4OH-(E0= 0.4 V vs. NHE) 应：2Zn + O2→ 2ZnO (E0= +1.65 V vs. NHE) 应：Zn + 2H2O → Zn(OH)2+ H2

图 1-3 氮掺杂碳材料的 ORR 反应路径示意图[18]使活性位点尽可能多地暴露在多相催化剂的表面面活性位点不同，由本体杂原子诱导的未暴露的忽略不计。在这种情况下，有研究者[22]制备的核了良好的 ORR 和 OER 性能。其中，N 掺杂碳壳物种形成的活性位点，完整的内部 CNT 保证了外。因此，控制掺杂剂位置，理解碳纳米结构与活性化学动力学之间的关系，并进一步精确地控制催控制的掺杂剂位置的 C-MFC 的研究和开发仍处于的持续研究。构/宏观结构控制 ORR 过程仅发生在低温燃料电池中的三相边界和产物水的输送。合适的孔隙率和微观结构，例利于电解质的渗透和离子与 O2的输送，从而导

【参考文献】：
期刊论文
[1]硫掺杂有序介孔碳材料作为燃料电池氧还原催化剂[J]. 王海文,王一丹,茅潜龙,安国强,车强,张顺江,殷馨.  无机化学学报. 2019(03)
[2]杂原子掺碳材料氧还原催化剂研究进展[J]. 丁炜,张雪,李莉,魏子栋.  电化学. 2014(05)

博士论文
[1]碳基/过渡金属（Co、Cu）氧还原催化剂的制备及其电化学性能研究[D]. 白佛.吉林大学 2016
[2]掺杂碳基催化剂的制备及其氧还原性能研究[D]. 彭洪亮.华南理工大学 2015

硕士论文
[1]氮磷双掺杂石墨烯的制备与性能研究[D]. 董立业.北京理工大学 2016



本文编号：3543199