尖晶石氧催化材料的设计调控及其锌空电池应用

发布时间：2023-02-25 22:48

　　氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)是各种电化学能量转换装置(如燃料电池和金属空气电池)的关键过程。然而,ORR和OER缓慢的多电子转移过程严重制约了这些能源技术的实际应用,因此,设计开发低成本、高活性、强耐用性的氧电催化剂是发展高效能源转换系统所必需的。具有多个阳离子的尖晶石型(AB₂O₄)氧化物,A或B位阳离子成分调控的灵活性使其极具潜力成为双功能催化材料。值得注意的是,高效的电催化过程需要同时考虑传质和传荷过程中宏观和微观结构对催化剂的影响,而未经改性的尖晶石氧化物作为电催化剂,因其活性密度小和活性强度低均不能满足器件服役的实际要求。本文针对上述两个关键科学问题,发展了多种碳纳米管基尖晶石复合催化剂。高导电性、大比表面积、机械性能好的碳纳米管作为尖晶石的生长基底,使氧化物纳米颗粒得以均匀分散,从而保证了复合材料高密度的活性位点。另外,通过实验探索和理论计算相结合,证实了氧化还原惰性的Zn_Td²⁺和Fe³⁺_Oct阳离子作为辅助元素,可以大大提升C...

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 锌空电池简述
    1.3 电催化技术简介
        1.3.1 电催化ORR和 ORR机理
        1.3.2 电催化性能评测系统
    1.4 尖晶石概述
        1.4.1 尖晶石应用简介
        1.4.2 尖晶石结构简介
        1.4.3 尖晶石结构调控与性能优化策略
            1.4.3.1 晶体工程
            1.4.3.2 异质界面
            1.4.3.3 缺陷调控
            1.4.3.4 形貌控制
    1.5 密度泛函理论及其应用
    1.6 研究思路及研究内容
    1.7 参考文献
第二章 实验技术路线及表征手段
    2.1 研究方案
    2.2 实验相关试剂及仪器
    2.3 表征技术简介
        2.3.1 X射线衍射(XRD)
        2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.4 拉曼光谱(Raman)
        2.3.5 热重分析仪(TGA)
        2.3.6 X射线光电子能谱(XPS)
第三章 混合型尖晶石Co₂FeO₄氧催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
    3.3 Co₂FeO₄/NCNTs的基础物相表征
    3.4 电化学性能评估
    3.5 增强机理探讨
    3.6 液态电池性能测试
    3.7 本章小结
    3.8 参考文献
第四章 混合型尖晶石ZnXNi1-XCo₂O₄ 氧催化性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
    4.3 Zn XNi1-XCo₂O₄/NCNTs的基础物相表征
    4.4 电化学性能评估
    4.5 增强机理讨论
    4.6 液流式电池性能测试
    4.7 本章小结
    4.8 参考文献
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
攻读硕士学位期间发表学术论文情况



本文编号：3749339