氮掺杂2D多孔碳材料氧还原催化剂的制备与性能研究
发布时间：2025-02-09 11:41
当前日益增长的能源需求和可持续发展的目标要求开发更高效、更经济、更环保的能源转换系统。经过研究发现燃料电池是最为理想的能量转换装置之一。但是现阶段铂金属作为商用的阴极催化剂的主要材料,存在价格贵的问题,非铂催化剂的研究与开发显得尤为重要。本文采用hummer改进法制备GO并利用SBA-15硬模板的方法对其进行改性,以所制备的GO-SiO2为载体,以硝酸铁为金属源,选用价格低廉、来源广的三聚氰胺、聚合离子液体等物质制备催化性能高的非贵金属催化剂。主要工作如下:1、以制备的GO-SiI2为载体,以硝酸铁为金属源,以三聚氰胺为氮前体,经过化学浸渍法和高温热解法制备Fe-N(mela)/C催化剂。通过条件筛选可知,当煅烧温度在800℃,三聚氰胺的掺杂量为0.8 g,且 n(male):n(Fe(NO3)3)=15:1 时,Fe-N(mela)/C 催化剂表现出最高的氧还原反应(ORR)催化性能。在酸性条件下,Eon达到0.817 V,极限电流密度达到4.5 mA.cm-2;与20wt%Pt/C催化剂相比略有差距,在碱性条件下,Eon为1.03 V,极限电流密度达到4 mA·cm-2,与20wt%...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池概述
1.2.1 燃料电池的主要部件及工作原理
1.2.2 燃料电池的应用及挑战
1.3 非贵金属催化剂研究的进展
1.3.1 过渡金属催化剂
1.3.2 非金属催化剂
1.4 离子液体
1.4.1 咪唑类离子液体在氧还原催化剂上的应用
1.4.2 咪唑类的聚合离子液体在氧还原催化剂上的应用
1.5 本论文的研究意义与内容
1.5.1 本论文的研究意义
1.5.2 本论文的研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验药品
2.2 实验仪器
2.2.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.2.2 核磁共振谱(1H-NMR)
2.2.3 透射电子显微镜(TEM)
2.2.4 X射线粉末衍射(XRD)
2.2.5 X光电子能谱分析(XPS)
2.3 电化学表征方法
2.3.1 线性伏安扫描测试法
2.3.2 稳定性测试
2.3.3 交流阻抗测试
第三章 Fe-N(mela)/C催化剂的制备及性能表征
3.1 引言
3.2 实验内容
3.2.1 氧化石墨烯(GO)的制备
3.2.2 GO-SiO2的制备(GO改性)
3.2.3 Fe-N(mela)/C催化剂的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 红外谱图分析
3.3.2 TEM分析
3.3.3 X-射线衍射测试分析
3.3.4 XPS分析
3.3.5 线性扫描伏安测试
3.3.6 动力学分析
3.3.7 阻抗分析
3.3.8 稳定性分析
3.4 本章小结
第四章 Fe-N(PIL)/C催化剂的制备及性能表征
4.1 引言
4.2 实验内容
4.2.1 GO-SiO2的制备
4.2.2 聚合1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐(P[[VEIM]Br])的制备
4.2.3 Fe-N(PIL)/C催化剂的制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 核磁共振测试(1H-NMR)
4.3.2 红外光谱分析
4.3.3 TEM分析
4.3.4 X-射线衍射测试分析
4.3.5 XPS分析
4.3.6 线性扫描伏安测试
4.3.7 动力学分析
4.3.8 阻抗分析
4.3.9 稳定性分析
4.3.10 反应机理分析
4.4 本章小结
第五章 Fe-N/P(PIL/DCD)/C催化剂的制备及性能表征
5.1 引言
5.2 实验内容
5.2.1 GO-SiO2的制备
5.2.2 P[VEIM]PF6的制备
5.2.3 Fe-N/P(PIL/DCD)/C催化剂的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 红外光谱分析
5.3.2 TEM分析
5.3.3 X-射线衍射测试分析
5.3.4 XPS分析
5.3.5 线性扫描伏安测试
5.3.6 动力学分析
5.3.7 阻抗分析
5.3.8 稳定性分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件
本文编号：4032170
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
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学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池概述
1.2.1 燃料电池的主要部件及工作原理
1.2.2 燃料电池的应用及挑战
1.3 非贵金属催化剂研究的进展
1.3.1 过渡金属催化剂
1.3.2 非金属催化剂
1.4 离子液体
1.4.1 咪唑类离子液体在氧还原催化剂上的应用
1.4.2 咪唑类的聚合离子液体在氧还原催化剂上的应用
1.5 本论文的研究意义与内容
1.5.1 本论文的研究意义
1.5.2 本论文的研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验药品
2.2 实验仪器
2.2.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.2.2 核磁共振谱(1H-NMR)
2.2.3 透射电子显微镜(TEM)
2.2.4 X射线粉末衍射(XRD)
2.2.5 X光电子能谱分析(XPS)
2.3 电化学表征方法
2.3.1 线性伏安扫描测试法
2.3.2 稳定性测试
2.3.3 交流阻抗测试
第三章 Fe-N(mela)/C催化剂的制备及性能表征
3.1 引言
3.2 实验内容
3.2.1 氧化石墨烯(GO)的制备
3.2.2 GO-SiO2的制备(GO改性)
3.2.3 Fe-N(mela)/C催化剂的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 红外谱图分析
3.3.2 TEM分析
3.3.3 X-射线衍射测试分析
3.3.4 XPS分析
3.3.5 线性扫描伏安测试
3.3.6 动力学分析
3.3.7 阻抗分析
3.3.8 稳定性分析
3.4 本章小结
第四章 Fe-N(PIL)/C催化剂的制备及性能表征
4.1 引言
4.2 实验内容
4.2.1 GO-SiO2的制备
4.2.2 聚合1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐(P[[VEIM]Br])的制备
4.2.3 Fe-N(PIL)/C催化剂的制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 核磁共振测试(1H-NMR)
4.3.2 红外光谱分析
4.3.3 TEM分析
4.3.4 X-射线衍射测试分析
4.3.5 XPS分析
4.3.6 线性扫描伏安测试
4.3.7 动力学分析
4.3.8 阻抗分析
4.3.9 稳定性分析
4.3.10 反应机理分析
4.4 本章小结
第五章 Fe-N/P(PIL/DCD)/C催化剂的制备及性能表征
5.1 引言
5.2 实验内容
5.2.1 GO-SiO2的制备
5.2.2 P[VEIM]PF6的制备
5.2.3 Fe-N/P(PIL/DCD)/C催化剂的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 红外光谱分析
5.3.2 TEM分析
5.3.3 X-射线衍射测试分析
5.3.4 XPS分析
5.3.5 线性扫描伏安测试
5.3.6 动力学分析
5.3.7 阻抗分析
5.3.8 稳定性分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
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本文编号：4032170
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