电化学沉积法制备掺硼碳材料及其电催化性能

发布时间：2022-11-01 20:05

　　本文利用一种简单而有效的液相电化学沉积技术,成功地将硼元素掺入到碳材料中,掺硼量可以通过添加不同质量的硼源来实现,所制备的掺硼碳材料对于燃料电池阴极ORR反应显示出良好的电催化活性、抗甲醇性和耐久性。本文首先采用液相电化学沉积技术,在有和无硼源的条件下制备了两类样品。SEM和TEM分析结果表明,液相电化学法所制备的碳材料以微小碎片形式分布于硅基体的周围。FTIR和XPS分析结果表明利用液相电化学方法掺硼可行,XPS分析表明掺硼会使碳材料内部缺陷增加,且样品中硼碳元素主要以BCO₂、BC₄、B₄C这三种结合方式存在。CV曲线测试表明,利用液相电化学沉积法制备的掺硼碳材料在-0.4 V附近有明显的氧还原峰位,掺硼之后的样品的氧还原反应活性更高。LSV曲线测试表明,掺硼前后的转移电子数由2.2增加到3.7,说明掺硼有利于碳材料样品对于四电子反应路径的选择。与未掺硼碳材料样品相比,抗甲醇性能和耐久性分别提升约26.5%和10%。液相电化学沉积技术可以用于掺硼,且掺硼后样品的电化学性能显著提升,为后续的研究做了良好的铺垫。通过改变... 

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 燃料电池简介
        1.1.1 燃料电池的发展历史
        1.1.2 燃料电池的分类与组成
        1.1.3 典型的氢氧燃料电池与直接甲醇燃料电池
        1.1.4 燃料电池性能的影响因素
    1.2 燃料电池电催化反应
        1.2.1 贵金属催化剂表面的ORR反应机理
        1.2.2 杂原子掺杂碳材料催化剂表面的ORR反应机理
    1.3 燃料电池催化剂
        1.3.1 燃料电池阳极催化剂
        1.3.2 燃料电池阴极催化剂
    1.4 硼掺杂方法
        1.4.1 气相法
        1.4.2 固相法和液相法
        1.4.3 热扩散法
    1.5 液相电化学沉积技术
    1.6 本课题研究目的与内容
2 实验方法
    2.1 实验设备及原理
        2.1.1 实验设备
        2.1.2 实验原理
    2.2 掺硼碳材料的制备
    2.3 掺硼碳材料样品的表征
        2.3.1 物理性质表征
        2.3.2 电化学性质表征
3 电化学沉积法制备掺硼和未掺硼碳材料的结构与性能
    3.1 碳材料与掺硼碳材料的制备
    3.2 未掺硼与掺硼碳材料的形貌与结构
    3.3 未掺硼与掺硼碳材料的电化学性能
        3.3.1 CV测试曲线分析
        3.3.2 LSV测试曲线分析
        3.3.3 未掺硼与掺硼碳材料的抗甲醇性和耐久性
    3.4 本章小结
4 硼源添加量对掺硼碳材料的结构和电化学性能的影响
    4.1 不同硼掺杂量的样品制备
    4.2 不同硼掺杂量碳材料的结构与形貌
    4.3 不同硼掺杂量碳材料的电化学性能
        4.3.1 CV极化曲线分析
        4.3.2 不同硼掺杂量碳材料的线性扫描曲线对比
        4.3.3 硼源添加量对于掺硼碳材料的抗甲醇性能及稳定性的影响
    4.4 本章小结
5 沉积工艺参数对掺硼碳材料ORR催化活性的影响
    5.1 衬底粒径对掺硼碳材料ORR催化活性的影响
    5.2 脉冲电压对掺硼碳材料的ORR催化活性的影响
    5.3 电源频率对掺硼碳材料的ORR催化活性的影响
    5.4 占空比对掺硼碳材料样品的ORR催化活性的影响
    5.5 优化工艺参数后制备的掺硼碳材料样品的电催化活性变化
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]掺硼金刚石中硼和石墨相含量对燃料电池阴极催化性能影响[J]. 王蕾,索妮,张贵锋,吴爱民,黄昊.  大连理工大学学报. 2017(06)
[2]杂原子掺杂碳基氧还原反应电催化剂研究进展[J]. 周宇,王宇新.  化工学报. 2017(02)
[3]直接甲醇燃料电池[J]. 张瑜.  应用化工. 2009(05)
[4]液相电化学沉积类金刚石薄膜的研究进展[J]. 郭静,汪浩,严辉.  化学通报. 2007(07)
[5]碱性燃料电池研究进展[J]. 倪萌,梁国熙.  电池. 2004(05)
[6]燃料电池概述[J]. 刘建国,孙公权.  物理. 2004(02)
[7]液相电沉积类金刚石薄膜的相关物理化学问题[J]. 酒金婷,付强,汪浩,朱鹤孙.  无机材料学报. 2002(03)
[8]固体氧化物燃料电池研究进展[J]. 于兴文,黄学杰,陈立泉.  电池. 2002(02)
[9]熔融碳酸盐型燃料电池技术与发展[J]. 曹广益.  电世界. 2002 (01)

硕士论文
[1]阴极模式/阳极模式制备无定型碳膜[D]. 李扬.大连理工大学 2013



本文编号：3700014