生物质碳基单原子材料制备及阴极电催化研究
发布时间：2023-03-30 05:50
功能化碳基材料作为高效电极材料广泛应用于新能源器件中。以生物质为原料开发结构和性能可控的高效碳基材料是该领域的重要课题。本论文围绕燃料电池和染料敏化太阳能电池(DSSCs)的阴极反应,通过甄选合适生物质前驱体和合成策略,开展了基于生物质碳基纳米材料的合成、结构和性能研究。鉴于此,制备了三种不同类型功能化碳基材料,其中包括杂原子掺杂碳基纳米材料、碳载体担载过渡金属纳米颗粒以及原子级分散的碳基单原子材料。研究表明,生物质衍生的碳基纳米材料具有独特的结构、组成以及优异的电催化性能,当与过渡金属(尤其是金属单原子)结合后,材料的电催化性能获得进一步提升。具体内容如下:(一)以茶叶残渣作为碳源和杂原子源,通过一步热解法合成氮、氟共掺杂碳材料,对该样品的形貌、孔结构、元素组成及其在氧还原反应(ORR)中的电催化性能进行研究。结果表明,制备的催化材料(T-NFC)具有高比表面积和多尺度孔隙结构,该结构能够提供更多暴露的活性位点,且有利于液体电解质的扩散,从而提高其电催化活性。此外,氮和氟元素成功地嵌入到碳骨架结构中,山此引起的电荷重新分布进一步促进了电催化反应的进行。电化学测试表明,T-NFC催化材...
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 燃料电池
1.1.1 燃料电池概述
1.1.2 燃料电池的分类
1.1.3 质子交换膜燃料电池概述及存在的问题
1.1.4 质子交换膜燃料电池基本结构和工作原理
1.1.5 燃料电池阴极氧还原反应电催化
1.1.6 碳基非贵金属阴极氧还原反应电催化剂的研究进展
1.2 生物质衍生碳材料
1.2.1 生物质衍生碳材料概述
1.2.2 生物质衍生碳材料的优点
1.2.3 生物质衍生碳材料的制备方法
1.2.4 生物质衍生碳材料在阴极ORR中的研究进展
1.3 单原子催化材料
1.3.1 单原子概述
1.3.2 单原子催化剂合成策略
1.3.3 碳基单原子催化剂在ORR中的应用
1.4 本论文主要研究思路
2 茶叶残渣衍生杂原子掺杂催化材料的制备及其ORR性能研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 材料和试剂
2.2.2 T-NFC催化材料的制备
2.2.3 催化材料的表征
2.2.4 催化剂的电催化性能评价
2.3 结果与讨论
2.3.1 T-NFC样品结构表征
2.3.2 T-NFC样品电催化性能研究
2.4 本章小结
3 海带衍生多层石墨包覆钴纳米颗粒的制备及ORR和TIRR性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 材料、试剂
3.2.2 Co/KCM-1000催化材料的合成
3.2.3 对电极的制备与DSSCs电池的组装
3.2.4 DSSCs电池性能的表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 Co/KCM-1000催化材料形貌和结构表征
3.3.2 Co/KCM-1000材料ORR电催化性能
3.3.3 Co/KCM-1000材料TIRR电催化性能
3.4 本章小结
4 小球藻衍生的碳基单原子催化剂的制备及其ORR性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料、试剂
4.2.2 SA-M-CHC (M=Co,Fe)催化材料的合成
4.2.3 单原子表征技术
4.3 结果与讨论
4.3.1 SA-Co-CHC催化材料形貌和结构表征
4.3.2 SA-Co-CHC催化材料ORR电催化性能研究
4.3.3 SA-Fe-CHC催化材料形貌和结构表征
4.3.4 SA-Fe-CHC催化材料ORR电催化性能研究
4.4 本章小结
5 猪肝衍生的碳基单原子催化剂的制备及其ORR和TIRR性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料、试剂
5.2.2 SA-Fe-PLP催化材料的合成
5.2.3 SA-Fe-PLP对电极的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 SA-Fe-PLP催化材料形貌和结构表征
5.3.2 SA-Fe-PLP催化材料ORR电催化性能研究
5.3.3 SA-Fe-PLP催化材料TIRR电催化性能
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
附录A 实验仪器清单
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3775326
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 燃料电池
1.1.1 燃料电池概述
1.1.2 燃料电池的分类
1.1.3 质子交换膜燃料电池概述及存在的问题
1.1.4 质子交换膜燃料电池基本结构和工作原理
1.1.5 燃料电池阴极氧还原反应电催化
1.1.6 碳基非贵金属阴极氧还原反应电催化剂的研究进展
1.2 生物质衍生碳材料
1.2.1 生物质衍生碳材料概述
1.2.2 生物质衍生碳材料的优点
1.2.3 生物质衍生碳材料的制备方法
1.2.4 生物质衍生碳材料在阴极ORR中的研究进展
1.3 单原子催化材料
1.3.1 单原子概述
1.3.2 单原子催化剂合成策略
1.3.3 碳基单原子催化剂在ORR中的应用
1.4 本论文主要研究思路
2 茶叶残渣衍生杂原子掺杂催化材料的制备及其ORR性能研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 材料和试剂
2.2.2 T-NFC催化材料的制备
2.2.3 催化材料的表征
2.2.4 催化剂的电催化性能评价
2.3 结果与讨论
2.3.1 T-NFC样品结构表征
2.3.2 T-NFC样品电催化性能研究
2.4 本章小结
3 海带衍生多层石墨包覆钴纳米颗粒的制备及ORR和TIRR性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 材料、试剂
3.2.2 Co/KCM-1000催化材料的合成
3.2.3 对电极的制备与DSSCs电池的组装
3.2.4 DSSCs电池性能的表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 Co/KCM-1000催化材料形貌和结构表征
3.3.2 Co/KCM-1000材料ORR电催化性能
3.3.3 Co/KCM-1000材料TIRR电催化性能
3.4 本章小结
4 小球藻衍生的碳基单原子催化剂的制备及其ORR性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料、试剂
4.2.2 SA-M-CHC (M=Co,Fe)催化材料的合成
4.2.3 单原子表征技术
4.3 结果与讨论
4.3.1 SA-Co-CHC催化材料形貌和结构表征
4.3.2 SA-Co-CHC催化材料ORR电催化性能研究
4.3.3 SA-Fe-CHC催化材料形貌和结构表征
4.3.4 SA-Fe-CHC催化材料ORR电催化性能研究
4.4 本章小结
5 猪肝衍生的碳基单原子催化剂的制备及其ORR和TIRR性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料、试剂
5.2.2 SA-Fe-PLP催化材料的合成
5.2.3 SA-Fe-PLP对电极的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 SA-Fe-PLP催化材料形貌和结构表征
5.3.2 SA-Fe-PLP催化材料ORR电催化性能研究
5.3.3 SA-Fe-PLP催化材料TIRR电催化性能
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
附录A 实验仪器清单
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3775326
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