非贵金属碳基电催化剂的制备及其性能研究

发布时间：2023-04-17 04:52

　　燃料电池是一种能够直接把氧化还原反应的化学能转化成电能的装置。它自身凭借高的能量转换效率和能量密度、环境友好零排放、低温快速启动等优点,被认为是迄今为止最有发展前景,最有可能大规模应用于商业、军事、航空等用途的高效清洁能源。然而,燃料电池的商业化生产由于受到众多因素的影响,仍旧有很长一段路要走。其中,作为燃料电池最重要的关键材料之一的阴极催化剂,目前常用的是铂基催化剂,它是催化氧还原反应中电化学性能最好的催化剂。但由于贵金属铂价格高昂,成本高,储量少,已经成为阻碍燃料电池技术进一步发展和商业化的重要因素。因此,研究开发高效廉价的替代型电催化剂,是燃料电池可持续发展的必经之路。大量研究表明,对碳材料进行杂元素掺杂改性可以对其形貌、组成、微观结构及表面物理化学性质实现优化,从而制备出具有高电化学催化活性和高稳定性的电催化剂。此外,多元素掺杂的过渡金属框架有机化合物的电催化剂同样具有优异的电化学催化活性和高的稳定性。本论文主要以三嵌段共聚物(P123)为主要合成原料,通过掺入不同氮源(包括三聚氰胺、尿素、乙二胺和氨气)并优化掺杂方法从而制备出了一系列氮掺杂的有序介孔碳纳米材料,并对其进行了电...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池的概述
        1.2.1 燃料电池的发展历程
        1.2.2 燃料电池的分类及应用
        1.2.3 燃料电池的基本结构和工作原理
    1.3 低温燃料电池的电化学催化机理
    1.4 低温燃料电池的研究现状及面临的挑战
    1.5 非贵金属阴极电催化剂的研究进展
        1.5.1 非金属氮掺杂碳基电催化剂的研究进展
        1.5.2 过渡金属掺杂碳基电催化剂的研究进展
    1.6 本论文的研究背景、内容及意义
第二章 实验设计与表征方法
    2.1 主要仪器及试剂
        2.1.1 实验相关仪器设备
        2.1.2 实验相关化学原料及化学试剂
    2.2 电催化剂的实验合成方法
    2.3 电催化剂的成分、形貌和结构的表征
        2.3.1 扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)
        2.3.2 X-射线衍射(X-RayDiffraction,XRD)
        2.3.3 X-射线光电子能谱(X-rayPhotoelectronSpectroscopy,XPS)
        2.3.4 比表面积分析(Brunauer-Emmett-Teller,BET)
        2.3.5 扫描透射电子显微镜(ScanningTransmissionElectronMicroscopy,STEM)
        2.3.6 热重/差示扫描量热分析(TG/DSC)
    2.4 电极的制备及样品的电化学测试方法
第三章 氮掺杂的类石墨烯片状介孔碳材料电催化剂的制备及其性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 类石墨烯片状介孔碳材料的制备
        3.2.2 氮掺杂的类石墨烯状介孔碳纳米材料的制备
        3.2.3 样品的表征
        3.2.4 样品的电化学测试
    3.3 结果与讨论
    3.4 本章小结
第四章 碳修饰的、磷掺杂的以过渡金属钴为中心的有机框架碳纳米材料双功能电催化剂的制备及其性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 过渡金属有机框架碳纳米材料的制备
        4.2.2 掺杂P元素的过渡金属有机框架碳纳米材料的制备
        4.2.3 不同碳源修饰的过渡金属有机框架碳纳米材料的制备
        4.2.4 碳修饰的掺P过渡金属有机框架碳纳米材料的制备
    4.3 样品的表征
    4.4 样品的电化学测试
    4.5 结果与讨论
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3792609