高效燃料电池Fe-N-C氧还原催化剂制备及性能研究

发布时间：2024-02-22 20:27

　　燃料电池是目前最有前景的能量转换装置之一,具有零排放无污染和高能量密度等优点。控制燃料电池能量转化效率的关键在于阳极的氢氧化反应(HOR)和阴极的氧还原反应(ORR),然而,与HOR反应动力学相比,ORR的反应动力学约慢6倍,导致H2-O2燃料电池的高过电位和低能量转化效率。商业普遍采用铂(Pt)基催化剂来促进ORR过程。然而,Pt基催化剂的高成本约占燃料电池设备总成本的30%,如果广泛使用,地球上的Pt储量不能满足市场的需要。所以,开发用于ORR的具有高活性、高稳定性和低成本的非贵金属催化剂(NPMC)是提高燃料电池能量转换效率的长期解决方案。1.通过二氧化硅辅助的方法开发了一种具有低成本的合成策略,并且通过合理设计二维共价有机聚合物(COP)的结构,获得了具有Fe-Nx和Fe3C的有效活性位点的新型Fe3C/Fe-Nx-C(称为COPBP-PB-Fe-900-SiO2)催化剂。在碳化过程中,COP的高含氮量能够有效促进Fe-Nx活性位点的形成。另外,二氧化硅的存在不仅可以有效地抑制催化剂中大的Fe基颗粒的形成,而且还可以提高催化剂的碳化程度。所制备的COPBP-PB-Fe-900-...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 燃料电池研究背景简介
    1.2 阴极ORR机理及电催化剂分类
        1.2.1 贵金属催化剂
        1.2.2 金属或者金属衍生物掺杂碳材料
        1.2.3 非金属杂原子掺杂碳材料
    1.4 本论文选题的目的及意义
第二章 COP_BP-PB衍生物的合成及其ORR性能研究
    2.1 前言
    2.2 实验中主要使用的仪器及试剂
    2.3 COP_BP-PB衍生物的合成及其相关ORR催化剂的合成与表征
        2.3.1 COP_BP-PB-Fe-900-SiO₂及其他衍生物的合成
        2.3.2 COP_BP-PB-Fe-900-SiO₂的相关表征
    2.4 COP_BP-PB-Fe-900-SiO₂及其他衍生物的结果和讨论
    2.5 本章小结
第三章 Fe-ZIF-8@PS材料的制备及其ORR性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验中主要使用的仪器及试剂
    3.3 基于Fe-ZIF-8@PS-1000材料的制备及表征
        3.3.1 Fe-ZIF-8@PS-1000材料的制备
        3.3.2 基于1%Fe-ZIF-8@PS-1000的相关表征及其分析
    3.4 基于Fe-ZIF-8@PS-1000材料在0.1 M KOH中ORR性能的研究
    3.5 基于Fe-ZIF-8@PS-1000材料在0.1 M HClO₄中ORR性能的研究
    3.6 本章小结
第四章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表学术论文
作者及导师简介
附件



本文编号：3907218