基于金属-有机骨架化合物衍生碳的乙醇燃料电池研究

发布时间：2024-07-11 03:42

　　当前,传统化石燃料资源的逐步减少以及对环境的威胁,对可再生和可持续能源的需求日益增加。在这种情况下,燃料电池是通过化学反应直接将化学能转化为电能的装置,由于其能量转换效率高和污染程度低而受到了特别关注。然而,电极材料的高成本和低稳定性阻碍了燃料电池的发展,因此为了解决这些问题,提高燃料电池的催化性能,许多研究集中在载体上,与来自传统前体的碳基材料相比,金属-有机骨架化合物(MOF)衍生的碳材料具有明显的优势,例如高的比表面积和电导率,可控的孔隙率,独特的形貌以及容易与其它杂原子官能化的特性,从而使其在能量存储和转换中得到了广泛的应用。本论文的主要内容包括:电极与生物酶之间的直接电子转移对于实现高效的酶促生物燃料电池反应至关重要。在第一部分工作中,通过将多壁碳纳米管(MWCNT)穿插到金属有机骨架衍生的多孔碳中,合成了一种乙醇生物燃料电池的高效阳极催化剂。多壁碳纳米管插入金属有机骨架衍生多孔碳(PC)在催化氧化还原态的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的氧化中可以用作阳极组分,从而使乙醇脱氢酶对乙醇电催化氧化过程能够实现直接电子转移的行为。PC/MWCNT是具有微孔,中孔和大孔的层级结构,...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1氢氧燃料电池装置示意图[14]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-1氢氧燃料电池装置示意图[14]将富氢燃料提供给多孔阳极，在多孔阳极中，催化剂将氢分裂成电子和氢离子，电子跟随外部电路到达阴极，而水合氢离子穿过电解质并与阴极表面反应。在阴极表面，氧气得到电子进一步与氢离子结合生成水。质子交换膜燃料电池中....

图1-2Pt-Co纳米线的形貌和结构表征[18]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-COads）特别强烈地吸附在Pt表面上，因此会阻塞Pt表面的活性部位，以进一步吸附反应物，直到它们被进一步氧化除去为止。已经探索了不同的策略来理解C–C断裂和开发有效的EOR催化剂。双功能机制是用于提高Pt或者Pd催化活性的常用方法。通过向Pt....

图1-3PtRhFe-PNS@MXene纳米杂化物的合成过程[21]

@MXene）作为乙醇氧化反应（EOR）的增强催化剂，如图1-3所示表示了该材料的合成过程。令人印象深刻的是，经过成分优化的Pt69Rh8Fe23-PNS@MXene催化剂表现出最高的比活性和质量活性以及对EOR的出色稳定性，这可能是由于三金属PtRhFe纳米球与MXene纳米片....

图1-3PtAgNFs的形态和结构表征[22]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-应（EOR）和乙二醇氧化反应（EGOR）的质量活性分别为3598.4和4587.2mA/mg，并显示出极大的电化学活性和耐久性。同时，在甘氨酸和NG的促进作用下，获得的PtAgNFs在500次循环后甚至可以保留EOR初始催化活性的49.8％和E....

本文编号：4005198