锌空气电池用氮硫共掺杂分级碳材料的制备及其性能研究
发布时间：2023-05-11 03:03
锌空气电池成本低,安全性高,能量密度高,在动力系统和储能领域具有广阔的应用市场。然而其阴极氧还原反应动力学缓慢,缺乏高效、廉价的催化材料。本论文围绕低成本、高性能分级孔碳材料的制备与性能研究,开展以下研究内容:1.发展刚性自模板制备氮硫共掺杂分级孔碳材料的新方法。以刚性的富含氮硫的共价有机聚合物(N-S-COP)为自模板,碳化得到氮硫共掺杂分级孔碳(HPNSC)。扫描电镜、氮气吸脱附以及电化学测试结果表明:HPNSC不仅保留了 N-S-COP的宏观结构,还具有更丰富的微观分级孔结构,BET 比表面积高达1261 m2 g-1,氧还原半波电位高于商用Pt/C催化剂20 mV。2.探究孔结构与催化性能的构效关系。通过改变碳化温度,调控催化剂的孔结构与元素组成,初步探究了催化剂HPNSC的孔结构与电化学活性面积和质量催化活性之间的关系。结果表明:HPNSC的电化学比表面积主要由介孔和大孔构成,微孔的贡献较小,电化学比表面积高达429 m2 g-1;只有掺杂在电化学活性面积上的异原子才能创制出有效的活性位点,催化氧还原反应;创制出质量活性最高的非金属氧还原催化剂,高达126.7 mA mg-1...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 锌空气电池简介
1.2 阴极氧还原催化剂的研究进展
1.2.1 贵金属催化剂
1.2.2 非贵金属催化剂
1.2.3 非金属催化剂
1.3 分级孔结构型催化剂的研究进展
1.3.1 硬模板法
1.3.2 软模板法
1.3.3 自模板法
1.4 本论文选题的目的及意义
第二章 氮硫共掺杂碳材料的制备与性能研究
2.1 前言
2.2 实验仪器及试剂
2.3 富氮硫共价有机聚合物(N-S-COP)的合成及其性能分析
2.3.1 富氮硫共价有机聚合物的合成
2.3.2 富氮硫共价有机聚合物的形貌
2.3.3 富氮硫共价有机聚合物的结构
2.4 氮硫共掺杂碳材料的制备
2.4.1 自模板法合成氮硫共掺杂分级孔碳(HPNSC)
2.4.2 非自模板法合成氮硫共掺杂碳(NSC)
2.5 自模板法对氮硫共掺杂碳材料的组成及结构影响
2.5.1 氮硫共掺杂碳材料的形貌
2.5.2 氮硫共掺杂碳材料的晶型结构
2.5.3 氮硫共掺杂碳材料的碳化程度
2.5.4 氮硫共掺杂碳材料的元素组成
2.5.5 氮硫共掺杂碳材料的孔结构
2.6 自模板法对氮硫共掺杂碳材料的电催化性能的影响
2.6.1 氮硫共掺杂碳材料的氧还原催化性能
2.6.2 氮硫共掺杂碳材料的催化路径
2.6.3 氮硫共掺杂碳材料的稳定性
2.7 本章小结
第三章 碳化温度对氮硫共掺杂碳材料的影响研究
3.1 前言
3.2 实验仪器及试剂
3.3 HPNSC-T的合成
3.4 碳化温度对催化剂的组成及结构影响
3.4.1 HPNSC-T的形貌
3.4.2 HPNSC-T的晶型结构
3.4.3 HPNSC-T的碳化程度
3.4.4 HPNSC-T的元素组成
3.4.5 HPNSC-T的孔结构
3.5 孔结构与催化性能的构效关系
3.5.1 HPNSC的电化学比表面积与孔结构的关系探究
3.5.2 HPNSC的质量活性与孔结构的关系探究
3.6 碳化温度对催化剂的电催化性能的影响
3.6.1 HPNSC-T的氧还原催化性能
3.6.2 HPNSC-T的催化路径
3.6.3 HPNSC-T的交流阻抗
3.7 本章小结
第四章 HPNSC在一次锌空气电池中的应用
4.1 前言
4.2 实验仪器及试剂
4.3 一次锌空气电池的组装
4.4 一次锌空气电池性能探究
4.4.1 功率密度
4.4.2 倍率性能
4.4.3 能量密度
4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表学术论文
发表及已接收文章
发表专利
作者和导师简介
作者简介
导师简介
附件
本文编号：3814027
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 锌空气电池简介
1.2 阴极氧还原催化剂的研究进展
1.2.1 贵金属催化剂
1.2.2 非贵金属催化剂
1.2.3 非金属催化剂
1.3 分级孔结构型催化剂的研究进展
1.3.1 硬模板法
1.3.2 软模板法
1.3.3 自模板法
1.4 本论文选题的目的及意义
第二章 氮硫共掺杂碳材料的制备与性能研究
2.1 前言
2.2 实验仪器及试剂
2.3 富氮硫共价有机聚合物(N-S-COP)的合成及其性能分析
2.3.1 富氮硫共价有机聚合物的合成
2.3.2 富氮硫共价有机聚合物的形貌
2.3.3 富氮硫共价有机聚合物的结构
2.4 氮硫共掺杂碳材料的制备
2.4.1 自模板法合成氮硫共掺杂分级孔碳(HPNSC)
2.4.2 非自模板法合成氮硫共掺杂碳(NSC)
2.5 自模板法对氮硫共掺杂碳材料的组成及结构影响
2.5.1 氮硫共掺杂碳材料的形貌
2.5.2 氮硫共掺杂碳材料的晶型结构
2.5.3 氮硫共掺杂碳材料的碳化程度
2.5.4 氮硫共掺杂碳材料的元素组成
2.5.5 氮硫共掺杂碳材料的孔结构
2.6 自模板法对氮硫共掺杂碳材料的电催化性能的影响
2.6.1 氮硫共掺杂碳材料的氧还原催化性能
2.6.2 氮硫共掺杂碳材料的催化路径
2.6.3 氮硫共掺杂碳材料的稳定性
2.7 本章小结
第三章 碳化温度对氮硫共掺杂碳材料的影响研究
3.1 前言
3.2 实验仪器及试剂
3.3 HPNSC-T的合成
3.4 碳化温度对催化剂的组成及结构影响
3.4.1 HPNSC-T的形貌
3.4.2 HPNSC-T的晶型结构
3.4.3 HPNSC-T的碳化程度
3.4.4 HPNSC-T的元素组成
3.4.5 HPNSC-T的孔结构
3.5 孔结构与催化性能的构效关系
3.5.1 HPNSC的电化学比表面积与孔结构的关系探究
3.5.2 HPNSC的质量活性与孔结构的关系探究
3.6 碳化温度对催化剂的电催化性能的影响
3.6.1 HPNSC-T的氧还原催化性能
3.6.2 HPNSC-T的催化路径
3.6.3 HPNSC-T的交流阻抗
3.7 本章小结
第四章 HPNSC在一次锌空气电池中的应用
4.1 前言
4.2 实验仪器及试剂
4.3 一次锌空气电池的组装
4.4 一次锌空气电池性能探究
4.4.1 功率密度
4.4.2 倍率性能
4.4.3 能量密度
4.5 本章小结
第五章 结论
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致谢
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发表及已接收文章
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