锌-空气电池碳纤维基氧还原催化剂的制备及其性能研究

发布时间：2025-01-11 02:51

　　开发廉价、高效的氧还原/氧生成（oxygen reduction/evolution reaction,ORR/OER）催化剂是解决下一代能源转换与存储设备（如燃料电池、金属-空气电池等）的关键因素。作为有希望替代贵金属催化剂的候选者之一,过渡金属-氮-碳材料（M-N-C）由于其低成本,高性能和高耐用性的特点备受关注。目前关于M-N-C材料的报道中,合成及调控催化剂的结构是重点的研究方向。由于氧催化发生于三相界面处,涉及各种物质的传输、界面转移等过程。对催化剂的组分进行合理设计,以及构筑有效的催化界面成为影响材料催化活性的关键因素。针对这些问题,我们以静电纺丝法为基本方法制备了一系列具有不同微观形貌及组成的M-N-C纤维,分别就催化剂的结构和组分对催化活性的影响进行了研究,为制备高性能M-N-C催化剂及其催化本质的揭示提供了实验基础。具体的研究内容如下:（1）以PS/FeCl₃纤维为一维自牺牲模板,通过气相聚合的方法制备了聚吡咯包覆的核壳结构纤维。热处理得到具有分级孔道结构的Fe、N共掺杂碳纤维（HP-Fe-N/CNFs）。研究发现PS对分级孔道形成具有决定性影响。...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1（a）锌-空气电池结构示意图

图1.1（a）锌-空气电池结构示意图[3]；（b）锌-空气电池阴、阳极的极化曲线[1]工作时，阳极上的锌被氧化，发生反应：Zn+4OH-==Zn(OH)42-+2e-E=-1.25V（vs.NHE）Zn(OH)42-==ZnO+H2O+2OH-阴极上....

图1.2ORR过程可能的反应途径[4]

南京航空航天大学硕士学位论文（ii）O2*先得到一个质子形成OOH*中间体，随后O-O键断裂被还原为H2O*；（iii）O*得到两个质子形成HOOH*，HOOH*在之后的步骤可能解附为H2O2或断裂O-O键形成OH*，进一步被还原为H2O*。其中O2经（i）、....

图1.3（a）几种种杂原子的电负性；（b）四种不同氮掺杂形式的结构示意图

.3（a）几种种杂原子的电负性；（b）四种不同氮掺杂形式的结构示杂的碳材料中，广泛被认可的是不同掺杂形式的N对材料催化ORRN和吡啶N被认为是优势掺杂类型，有助于提升催化ORR效率。与C相差也较大，当B或F掺杂入碳骨架时，会打破原有的电荷平衡位点[1....

图1.4热处理过渡金属大环化合物时可能出现的几种组分[18]

图1.4热处理过渡金属大环化合物时可能出现的几种组分[18]尽管在过渡金属存在的时候热处理的方法可以显著的提升催化材料的活性，人们对材料的配位形式和结构的改变仍然缺乏认知，催化活性位点的本质仍存在争议。过常为Fe、Co）与二、四、六个氮原子配位的结构被提出为活性中心。Jao....

本文编号：4025822