氮掺杂碳基材料的制备及其电催化氧还原性能研究
发布时间：2024-04-26 22:33
燃料电池成本较高,其中一个很重要的原因是使用了昂贵的铂作为催化剂,使得燃料电池的发展面临巨大的挑战。寻找可替代的催化剂来降低燃料电池的制造成本至关重要。本论文以制备方法简单,绿色为原则,制备了四种以氮掺杂为基础的氧还原反应(ORR)催化剂。通过X射线衍射(XRD),比表面积分析(BET)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)等表征,对材料进行深入地了解与解释说明,通过电化学测试的方法,对所得到的理想的ORR催化剂及相关材料进行性能表征。(1)氮掺杂氧化石墨烯材料(N-PEGO)。N-PEGO是通过快速有效的介质阻挡放电(DBD)等离子体技术获得。等离子体的处理实现了氧化石墨烯的剥离和掺杂,符合“胀破-碰撞”机理。碳酸铵进入氧化石墨烯插层,在DBD等离子体处理过程中迅速产生NH3和CO2气体并快速释放,从而使氧化石墨烯得以剥离(<4层)。此外,等离子体处理实现了氮元素的掺杂(5.26%),有利于提高氧还原反应(ORR)催化性能。得到的氮掺杂的氧化石墨烯的起始电位...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 综述
1.1 燃料电池的简介
1.2 燃料电池氧还原反应及存在的主要问题
1.3 氧还原催化剂的分类
1.3.1 贵金属催化剂
1.3.2 非金属催化剂
1.3.3 过渡金属催化剂
1.4 氧还原催化剂的制备方法
1.4.1 模板法
1.4.2 基于生物质碳材料的合成方法
1.4.3 基于新型碳材料的热解合成方法
1.4.4 微波法
1.4.5 等离子体法
1.4.6 其他方法
1.5 本课题立题依据及研究内容,目标
1.5.1 立题依据
1.5.2 研究内容
1.5.3 研究目的
第二章 实验部分
2.1 主要实验仪器与药品
2.1.1 实验仪器
2.1.2 实验药品
2.2 氧还原电催化剂的表征
2.2.1 扫描电子显微镜/元素分析/元素映射(SEM/EDS/mapping)
2.2.2 透射电子显微镜/高倍透射电子显微镜(TEM/HRTEM)
2.2.3 拉曼光谱(Raman)
2.2.4 傅里叶红外光谱(FT-IR)
2.2.5 X-射线光电子能谱分析(XPS)
2.2.6 X-射线衍射光谱(XRD)
2.2.7 原子力显微镜(AFM)
2.2.8 比表面积测试(BET)
2.3 电催化剂氧还原性能测试
2.3.1 电极的修饰
2.3.2 旋转圆盘电极(RDE)的测试
2.3.3 旋转环盘电极(RRED)的测试
2.3.4 可逆氢电极标定
第三章 氮掺杂氧化石墨烯的制备及其电催化氧还原性能研究
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 氮掺杂氧化石墨烯的制备
3.2.2 电催化性能测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 催化剂的表面现象及SEM、TEM、HRTEM、AFM分析
3.3.2 BET、FT-IR、Raman、XPS分析
3.3.3 制备机理的归纳
3.3.4 催化剂ORR性能分析
3.4 本章小结
第四章 氮掺杂生物质基碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 氮掺杂生物质基碳材料的制备
4.2.2 电催化性能测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 HRTEM、BET分析
4.3.2 XRD、Raman、XPS分析
4.3.3 催化剂ORR性能分析
4.4 本章小结
第五章 氮,硫共掺杂生物质基多孔碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 氮,硫共掺杂多孔碳材料的制备
5.2.2 电催化性能测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 SEM、TEM分析
5.3.2 BET、XRD分析
5.3.3 XPS分析
5.3.4 催化剂ORR性能分析
5.4 本章小结
第六章 氮,铁共掺杂生物质基碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究
6.1 前言
6.2 实验部分
6.2.1 材料的制备
6.2.2 电催化性能测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 XRD分析
6.3.2 Raman、XPS分析
6.3.3 SEM、BET分析
6.3.4 TEM、HRTEM、EDX、mapping分析
6.3.5 催化剂ORR性能分析
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
附件
本文编号：3964969
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【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 综述
1.1 燃料电池的简介
1.2 燃料电池氧还原反应及存在的主要问题
1.3 氧还原催化剂的分类
1.3.1 贵金属催化剂
1.3.2 非金属催化剂
1.3.3 过渡金属催化剂
1.4 氧还原催化剂的制备方法
1.4.1 模板法
1.4.2 基于生物质碳材料的合成方法
1.4.3 基于新型碳材料的热解合成方法
1.4.4 微波法
1.4.5 等离子体法
1.4.6 其他方法
1.5 本课题立题依据及研究内容,目标
1.5.1 立题依据
1.5.2 研究内容
1.5.3 研究目的
第二章 实验部分
2.1 主要实验仪器与药品
2.1.1 实验仪器
2.1.2 实验药品
2.2 氧还原电催化剂的表征
2.2.1 扫描电子显微镜/元素分析/元素映射(SEM/EDS/mapping)
2.2.2 透射电子显微镜/高倍透射电子显微镜(TEM/HRTEM)
2.2.3 拉曼光谱(Raman)
2.2.4 傅里叶红外光谱(FT-IR)
2.2.5 X-射线光电子能谱分析(XPS)
2.2.6 X-射线衍射光谱(XRD)
2.2.7 原子力显微镜(AFM)
2.2.8 比表面积测试(BET)
2.3 电催化剂氧还原性能测试
2.3.1 电极的修饰
2.3.2 旋转圆盘电极(RDE)的测试
2.3.3 旋转环盘电极(RRED)的测试
2.3.4 可逆氢电极标定
第三章 氮掺杂氧化石墨烯的制备及其电催化氧还原性能研究
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 氮掺杂氧化石墨烯的制备
3.2.2 电催化性能测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 催化剂的表面现象及SEM、TEM、HRTEM、AFM分析
3.3.2 BET、FT-IR、Raman、XPS分析
3.3.3 制备机理的归纳
3.3.4 催化剂ORR性能分析
3.4 本章小结
第四章 氮掺杂生物质基碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 氮掺杂生物质基碳材料的制备
4.2.2 电催化性能测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 HRTEM、BET分析
4.3.2 XRD、Raman、XPS分析
4.3.3 催化剂ORR性能分析
4.4 本章小结
第五章 氮,硫共掺杂生物质基多孔碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 氮,硫共掺杂多孔碳材料的制备
5.2.2 电催化性能测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 SEM、TEM分析
5.3.2 BET、XRD分析
5.3.3 XPS分析
5.3.4 催化剂ORR性能分析
5.4 本章小结
第六章 氮,铁共掺杂生物质基碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究
6.1 前言
6.2 实验部分
6.2.1 材料的制备
6.2.2 电催化性能测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 XRD分析
6.3.2 Raman、XPS分析
6.3.3 SEM、BET分析
6.3.4 TEM、HRTEM、EDX、mapping分析
6.3.5 催化剂ORR性能分析
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
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