掺杂碳基电催化剂的制备及其氧还原性能研究
发布时间：2023-08-15 20:03
燃料电池(Fuel Cells,FC)通过电化学反应将化学能直接转换为电能,被认为是下一代重要的能源转换技术之一。在整个电化学反应过程中,能量转换效率高且不排放任何有害分子。但阴极发生的氧还原反应(ORR)具有复杂且缓慢的动力学过程,迫使阴极需施加大量的电催化剂以维持燃料电池的整体性能。而燃料电池常用的电催化剂为贵金属铂(Pt),其不仅价格昂贵且在自然界中的储量有限,导致燃料电池成本居高不下并难以实现大规模商业化应用。因此,开发出价格低廉并具有高效的氧还原性能的无铂电催化剂来替代铂基催化剂,对燃料电池的发展具有重要意义。在各种无铂电催化剂中,掺杂碳基电催化剂因具有优秀的氧还原活性、良好的长程稳定性与甲醇抗性而受到了研究者们广泛的关注和研究。本文以具有高比表面积的多笼碳球作为碳载体,通过在氨气与氩气混合气氛下进行氮掺杂制备了一系列具有高电化学活性的氧还原电催化剂。并结合材料的形貌、微观结构、化学组成以及ORR活性等参数,对催化剂的氧还原催化机理以及催化活性的影响因素进行了初步讨论。主要研究结果如下:(1)将多笼碳球置于氨气(30 sccm)与氩气(60 sccm)的混合气氛中,通过改变煅...
【文章页数】：72 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 燃料电池概述
1.2.1 燃料电池的基本结构
1.2.2 碱性燃料电池
1.2.3 H2/O2质子交换膜燃料电池
1.2.4 直接甲醇燃料电池
1.3 氧还原机理
1.4 氧还原催化剂研究进展
1.4.1 Pt基催化剂
1.4.2 杂原子掺杂电催化剂
1.4.3 非贵金属电催化剂
1.5 选题背景及主要研究内容
第二章 实验原料、仪器及分析测试方法
2.1 实验部分
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验仪器与设备
2.2 材料的测试与表征
2.2.1 常规结构表征
2.2.1.1 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)
2.2.1.2 高角度环形暗场-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)
2.2.1.3 X射线衍射分析(XRD)
2.2.1.4 拉曼光谱分析(Raman)
2.2.1.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.1.6 电感耦合等离子体发射光谱(ICP)
2.2.1.7 比表面积与孔结构分析(BET)
2.2.2 电化学性能测试
2.2.2.1 循环伏安测试(Cyclic Voltammetry,CV)
2.2.2.2 线性扫描伏安测试(Linear Sweep Voltammetry,LSV)
2.2.2.3 计时电流法(Chronoamperometry,CA)
2.2.2.4 加速耐久性测试(Accelerating Durability Test,ADT)
第三章 氮掺杂多笼碳球氧还原性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 多笼碳球的合成
3.2.2 氮掺杂多笼碳球的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 样品形貌与元素分布
3.3.2 样品晶型结构分析
3.3.3 氨气处理时间对电化学性能的影响
3.3.4 样品孔结构分析
3.3.5 XPS元素分析
3.3.6 电化学氧还原性能测试
3.4 本章小结
第四章 铁-氮共掺多笼碳球氧还原性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 多笼碳球的合成
4.2.2 铁-氮共掺多笼碳球的制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 样品形貌与元素分布
4.3.2 样品晶型结构分析
4.3.3 铁含量对Fe/N-MCCS ORR催化性能的影响
4.3.4 样品孔结构分析
4.3.5 XPS元素分析
4.3.6 电化学氧还原性能测试
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 对今后工作的建议
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3842184
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
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摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池概述
1.2.1 燃料电池的基本结构
1.2.2 碱性燃料电池
1.2.3 H2/O2质子交换膜燃料电池
1.2.4 直接甲醇燃料电池
1.3 氧还原机理
1.4 氧还原催化剂研究进展
1.4.1 Pt基催化剂
1.4.2 杂原子掺杂电催化剂
1.4.3 非贵金属电催化剂
1.5 选题背景及主要研究内容
第二章 实验原料、仪器及分析测试方法
2.1 实验部分
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验仪器与设备
2.2 材料的测试与表征
2.2.1 常规结构表征
2.2.1.1 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)
2.2.1.2 高角度环形暗场-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)
2.2.1.3 X射线衍射分析(XRD)
2.2.1.4 拉曼光谱分析(Raman)
2.2.1.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.1.6 电感耦合等离子体发射光谱(ICP)
2.2.1.7 比表面积与孔结构分析(BET)
2.2.2 电化学性能测试
2.2.2.1 循环伏安测试(Cyclic Voltammetry,CV)
2.2.2.2 线性扫描伏安测试(Linear Sweep Voltammetry,LSV)
2.2.2.3 计时电流法(Chronoamperometry,CA)
2.2.2.4 加速耐久性测试(Accelerating Durability Test,ADT)
第三章 氮掺杂多笼碳球氧还原性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 多笼碳球的合成
3.2.2 氮掺杂多笼碳球的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 样品形貌与元素分布
3.3.2 样品晶型结构分析
3.3.3 氨气处理时间对电化学性能的影响
3.3.4 样品孔结构分析
3.3.5 XPS元素分析
3.3.6 电化学氧还原性能测试
3.4 本章小结
第四章 铁-氮共掺多笼碳球氧还原性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 多笼碳球的合成
4.2.2 铁-氮共掺多笼碳球的制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 样品形貌与元素分布
4.3.2 样品晶型结构分析
4.3.3 铁含量对Fe/N-MCCS ORR催化性能的影响
4.3.4 样品孔结构分析
4.3.5 XPS元素分析
4.3.6 电化学氧还原性能测试
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 对今后工作的建议
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3842184
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3842184.html
教材专著
