钴基微纳结构复合材料的生物模板法制备及其电催化氧还原性能研究

发布时间：2024-02-15 06:18

　　燃料电池主要使用贵金属Pt作为阴极的氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)催化剂,然而Pt存在成本高、稳定性低、甲醇耐受性差的缺点,制约了其大规模应用。因此开发低成本、高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂是推动燃料电池市场化亟需解决的问题。其中过渡金属具有多种化合物组态,展现出优异的氧还原催化活性。而将过渡金属化合物与微纳结构碳基体复合可以进一步增加活性组分利用率、提高电子传输效率和材料稳定性。使用生物模板法制备复合材料用于催化ORR,既可以获得生物质衍生的碳,又可以保留生物组织多样的微纳结构,使材料展现出高比表面积、大孔隙率、高导电性的优点,作为燃料电池阴极催化剂具有巨大应用潜力。本论文使用蝴蝶翅膀、叶绿体和嗜热链球菌这三种生物材料作为模板,制备了高效的钴基微纳结构ORR复合电催化剂,主要研究内容如下:(1)以金裳凤蝶(Troides aeacus)黑色前翼作为模板和碳源,通过高温煅烧获得蝶翅孔阵列结构碳(CW);然后通过水热法将Co₃O₄负载到孔阵列结构碳上,以获得孔阵列结构Co₃O<...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1燃料电池组成及工作原理图

图1.1说明了典型的质子交换膜燃料电池的组成和工作原理到阳极，在那里它以电化学方式反应。氢被氧化产生氢离子和：极)：H2→2H++2e-(Ea=0Vvs.RHE)(1通过酸性电解质迁移，同时电子被迫通过外部电路传输到达阴氢离子与空气中的氧气反应形成水，电极反应式如....

图1.2复合催化剂在ORR催化中过氧化物百分比分析

认为是提高电催化性能的有效策略[46-47,58]。Liang等[59]报道了用于ORR的石墨烯负载Co3O4纳米晶体(Co3O4/G)催化剂，与未负载石墨烯的催化剂相比，其ORR活性显着提高。一方面，石墨烯的加入增加了Co3O4纳米晶体的导电性，加快了ORR....

图1.4金银花的照片(a)和衍生的N、S共掺杂多孔碳纳米材料的TEM图像(b)

对于层状结构的Pt，与其非结构化对应物相比，甲醇氧化表面积和正峰值电流密度分别显着提高了5和5.2倍。通过有限元模拟优良的质量传递性能和有效的催化表面可及性。此外，该课题组使用大板，通过化学镀法合成了具有纳米尺寸和亚微米结构排列的层状结构金用于在碱性介质中对葡萄糖进行电....

图2.1(a)金堂凤蝶的宏观图像

17(a)金堂凤蝶的宏观图像。(b)低倍率下CW的SEM图像。(c)高倍率下CW的SEMO4/CW的SEM图像。(e)Co3O4/CW的TEM图像。(f)Co3O4CW的HRTEM图像。1(a)Theoverallviewof....

本文编号：3899361