蜂窝状三维多孔碳材料的制备及其在锌空气电池中的应用
发布时间：2023-09-18 19:57
随着当今科技的日新月异和社会的进步,人类对能源的渴求不断扩大。为了解决能源缺乏的问题,许多研究者对可再生能源有了更多关注。然而,可再生能源(如风能、太阳能和潮汐能)因其稳定性和连续性差的缺点,迫切要求我们发展绿色高效的能源转化和存储方法。在最近的几十年里,燃料电池和可充电金属空气电池作为有竞争力的选择被深入研究。用于氧还原和析氧反应的双功能电极在决定燃料电池和可充电金属空气电池的性能方面起着至关重要的作用。但是,由于氧电极反应迟缓的动力学,特别是在氧还原方面,这些装置的功率密度和能量效率受到了严重制约。近来,通过用NaCl微晶作模板,一些具有良好孔径结构设计的分级多孔碳材料被成功地制备。在快速冷冻下形成NaCl微晶,由于其环境友好、易被水去除和可以通过重结晶循环的特点,被认为是制备多孔碳材料极便捷的模板。本文利用NaCl辅助模板法,二次煅烧合成了蜂窝状的分级多孔碳材料,同时对其电化学性能进行了深入的研究。一方面,通过改变不同有机前驱体、过渡金属盐和煅烧温度等条件,筛选出最佳的氧还原催化剂。另一方面,通过对FeN-HPC-900(M)和FeN-HPC GDx进行全面的物理表征和电化学测试...
【文章页数】：110 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 传统能源的危机与新型能源的应用
1.1.1 传统能源危机
1.1.2 新型能源的使用
1.2 多孔碳材料
1.2.1 多孔碳材料的简介
1.2.2 多孔碳材料的制备与研究进展
1.2.2.1 活化法
1.2.2.2 模板法
1.2.2.3 直接碳化法
1.3 氧还原催化剂
1.3.1 氧还原反应催化机理
1.3.2 氧还原催化剂类型
1.3.3 元素掺杂类氧还原催化剂
1.3.3.1 氮掺杂氧还原催化剂
1.3.3.2 硫、磷掺杂氧还原催化剂
1.3.3.3 金属-氮-碳氧还原催化剂
1.4 燃料电池与金属空气电池
1.4.1 燃料电池与金属空气电池的简介
1.4.2 燃料电池与金属空气电池的研究进展
1.5 本论文的选题意义与研究工作
第二章 实验部分
2.1 实验试剂与仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 物理表征方法与分析
2.2.1 热重分析仪(TGA)
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.3 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)
2.2.4 X射线衍射(XRD)
2.2.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.6 拉曼光谱(Raman)
2.2.7 全自动比表面积和孔径分析仪(BET)
2.3 电化学性能测试方法与理论
2.3.1 旋转环盘电极(PINE)
2.3.1.1 双电极伏安法(DECV)
2.3.1.2 线性扫描伏安法(LSV)
2.3.1.3 循环伏安法(CV)
2.3.1.4 计时电流法(CA)
2.3.1.5 交流阻抗法(EIS)
2.3.2 普林斯顿(Princeton)与蓝电(LAND)
2.3.2.1 多电流阶跃法
2.3.2.2 线性极化测试
2.3.2.3 恒流充放电测试
2.3.3 电化学测试理论
第三章 分级多孔碳材料的制备与条件优选
3.1 引言
3.2 催化剂材料的制备
3.3 不同有机前驱体的选择
3.3.1 SEM表征与分析
3.3.2 电化学测试
3.4 不同过渡金属盐的选择
3.4.1 SEM表征与分析
3.4.2 电化学测试
3.5 不同葡萄糖和双氰胺质量比的选择
3.5.1 SEM表征与分析
3.5.2 电化学测试
3.6 不同煅烧温度的选择
3.6.1 SEM表征与分析
3.6.2 电化学测试
3.7 不同NaCl与前驱体质量比的选择
3.7.1 SEM表征与分析
3.7.2 电化学测试
3.8 不同前驱体与铁盐质量比的选择
3.8.1 SEM表征与分析
3.8.2 电化学测试
3.9 小结
第四章 FeN-HPC-900(M)和FeN-HPCGDx的物理表征与电化学测试分析
4.1 引言
4.2 FeN-HPC-900M与FeN-HPC-900的研究
4.2.1 物理表征
4.2.1.1 SEM表征
4.2.1.2 XRD表征
4.2.1.3 TGA测试
4.2.1.4 XPS表征
4.2.1.5 Raman测试
4.2.2 电化学测试
4.2.2.1 LSV和CV测试
4.2.2.2 Tafel斜率、H2O2%和n
4.3 FeN-HPC GDx的研究
4.3.1 物理表征
4.3.1.1 TGA测试
4.3.1.2 SEM表征
4.3.1.3 HRTEM与XRD表征
4.3.1.4 BET测试
4.3.1.5 XPS表征
4.3.2 电化学测试
4.3.2.1 FeN-HPC GDx与商业Pt/C的对比
4.3.2.2 FeN-HPC-900 GD2与商业Pt/C的对比
4.4 小结
第五章 锌空气电池的组装与性能测试
5.1 引言
5.2 锌空气电池的组装
5.3 电化学性能测试
5.3.1 FeN-HPC GD2简单锌空气电池
5.3.1.1 多电流阶跃测试
5.3.1.2 极化曲线与功率密度曲线
5.3.2 FeN-HPC GD2可充电锌空气电池
5.3.3 FeN-HPC GD2&NiFe-LDH可充电锌空气电池
5.4 小结
第六章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者简介
导师介绍
附件
本文编号：3848184
【文章页数】：110 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 传统能源的危机与新型能源的应用
1.1.1 传统能源危机
1.1.2 新型能源的使用
1.2 多孔碳材料
1.2.1 多孔碳材料的简介
1.2.2 多孔碳材料的制备与研究进展
1.2.2.1 活化法
1.2.2.2 模板法
1.2.2.3 直接碳化法
1.3 氧还原催化剂
1.3.1 氧还原反应催化机理
1.3.2 氧还原催化剂类型
1.3.3 元素掺杂类氧还原催化剂
1.3.3.1 氮掺杂氧还原催化剂
1.3.3.2 硫、磷掺杂氧还原催化剂
1.3.3.3 金属-氮-碳氧还原催化剂
1.4 燃料电池与金属空气电池
1.4.1 燃料电池与金属空气电池的简介
1.4.2 燃料电池与金属空气电池的研究进展
1.5 本论文的选题意义与研究工作
第二章 实验部分
2.1 实验试剂与仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 物理表征方法与分析
2.2.1 热重分析仪(TGA)
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.3 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)
2.2.4 X射线衍射(XRD)
2.2.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.6 拉曼光谱(Raman)
2.2.7 全自动比表面积和孔径分析仪(BET)
2.3 电化学性能测试方法与理论
2.3.1 旋转环盘电极(PINE)
2.3.1.1 双电极伏安法(DECV)
2.3.1.2 线性扫描伏安法(LSV)
2.3.1.3 循环伏安法(CV)
2.3.1.4 计时电流法(CA)
2.3.1.5 交流阻抗法(EIS)
2.3.2 普林斯顿(Princeton)与蓝电(LAND)
2.3.2.1 多电流阶跃法
2.3.2.2 线性极化测试
2.3.2.3 恒流充放电测试
2.3.3 电化学测试理论
第三章 分级多孔碳材料的制备与条件优选
3.1 引言
3.2 催化剂材料的制备
3.3 不同有机前驱体的选择
3.3.1 SEM表征与分析
3.3.2 电化学测试
3.4 不同过渡金属盐的选择
3.4.1 SEM表征与分析
3.4.2 电化学测试
3.5 不同葡萄糖和双氰胺质量比的选择
3.5.1 SEM表征与分析
3.5.2 电化学测试
3.6 不同煅烧温度的选择
3.6.1 SEM表征与分析
3.6.2 电化学测试
3.7 不同NaCl与前驱体质量比的选择
3.7.1 SEM表征与分析
3.7.2 电化学测试
3.8 不同前驱体与铁盐质量比的选择
3.8.1 SEM表征与分析
3.8.2 电化学测试
3.9 小结
第四章 FeN-HPC-900(M)和FeN-HPCGDx的物理表征与电化学测试分析
4.1 引言
4.2 FeN-HPC-900M与FeN-HPC-900的研究
4.2.1 物理表征
4.2.1.1 SEM表征
4.2.1.2 XRD表征
4.2.1.3 TGA测试
4.2.1.4 XPS表征
4.2.1.5 Raman测试
4.2.2 电化学测试
4.2.2.1 LSV和CV测试
4.2.2.2 Tafel斜率、H2O2%和n
4.3 FeN-HPC GDx的研究
4.3.1 物理表征
4.3.1.1 TGA测试
4.3.1.2 SEM表征
4.3.1.3 HRTEM与XRD表征
4.3.1.4 BET测试
4.3.1.5 XPS表征
4.3.2 电化学测试
4.3.2.1 FeN-HPC GDx与商业Pt/C的对比
4.3.2.2 FeN-HPC-900 GD2与商业Pt/C的对比
4.4 小结
第五章 锌空气电池的组装与性能测试
5.1 引言
5.2 锌空气电池的组装
5.3 电化学性能测试
5.3.1 FeN-HPC GD2简单锌空气电池
5.3.1.1 多电流阶跃测试
5.3.1.2 极化曲线与功率密度曲线
5.3.2 FeN-HPC GD2可充电锌空气电池
5.3.3 FeN-HPC GD2&NiFe-LDH可充电锌空气电池
5.4 小结
第六章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者简介
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本文编号：3848184
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