能源危機問題和化石燃料使用造成日益嚴重的環(huán)境污染,使得開發(fā)高效的能量儲存與轉換裝置變得更加重要。碳材料是許多化學電源,如燃料電池、鋰離子電池、超級電容器中常見的電極材料。目前,人們碳材料的制備方法很多,如氣相沉積法、高溫熱裂解法、水熱法等。制備原料有石油裂解過程中的加工產物和生物質等。大豆主要含有脂肪、蛋白質以及少量的糖類和微量的無機鹽。食品工業(yè)中利用大豆提取食物油,其殘余物（豆渣）含有豐富的蛋白質。本論文利用豆渣為前驅體,硝酸鎳為金屬源,通過凝膠-高溫熱解制備了嵌入式氮摻雜過渡金屬碳材料,將其應用于燃料電池陰極氧還原。同時,將得到的嵌入式氮摻雜碳材料進行活化,得到了多孔材料,將其應用于超級電容器。主要結果如下:（1）利用凝膠法,即中國傳統(tǒng)制作豆腐點鹵的工藝,以豆渣為前驅體,硝酸鎳為凝固劑,將納米粒子穩(wěn)定地固定在材料當中,制備了嵌入式氮摻雜過渡金屬碳納米材料,將其應用于燃料電池陰極氧還原,并探究碳化溫度對其催化性能的影響。900℃碳化得到的催化劑對氧還原的起始電位為0.86 V（vs RHE）,半波電位0.72 V（vs RHE）。在氮氣飽和的電解液中進行1000圈CV掃描,通過計算,... 

【文章來源】：南京師范大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

硝酸鎳浸潰物的木質生物質的xitD和TEM圖

已證明，雖然更低的ＫＯＨ用量可產生更低的活化程度，但有利于形成微??孔［２３］。另一方面，高劑量的ＫＯＨ可提高孔隙率、表面積和孔體積ｔ２４］。例如，利用頭??發(fā)絲（圖１．２），利用ＫＯＨ活化，可以生成表面積為６６９？１３０６?ｍＬｇ４的微孔碳，２．０５？３．１３??ｎｍ大小的均勾孔徑和０．３８？０．９０?ｃｍ３＿ｇ＿１的孔隙體積［２５］〇合成的材料用于高性能超級??電容器電極的制備，在電流密度為ｌＡ＿ｇ４下的６ＭＫＯＨ溶液中，表現(xiàn)出極大的電荷??存儲容量（３４０?和超過２０００個周期的良好穩(wěn)定性。在有機電解質（１?Ｍ?ＬｉＰＦ６于碳??酸乙烯酯／碳酸二乙酷）中，在電流密度為ｌＡ＿ｇＨ時比電容達到１２６ＦＳ—１。優(yōu)良的超級??電容器性能可以歸因于微／介孔的結構，較高的有效表面積和雜原子摻雜的影響。??１．２．３生物質碳材料主要應用??眾所周知，金屬納米顆粒催化劑的性能很大程度上受到負載材料的影響［２６］。生物??質碳材料由于其高表面積和豐富的表面基團，可直接作為不同金屬納米顆粒的載體來??研宄。Ｊｏｈｎｓｏｎ等人［２７］報道了源于纖維素的碳載鉑納米顆粒催化劑的合成并將其應用??于氧還原反應中。上述方法合成的銷納米顆粒材料含有金屬核心，粒徑分布均勻。氧??還原反應的循環(huán)伏安曲線表明，上述合成的材料較最先進的ＪｏｈｓｏｎＭａｔｔｈｅｙＰｔ／Ｃ催??化劑

的生物碳載的釕納米顆�？梢杂米饕谎趸己投趸即呋託渖杉淄榈拇呋瘎�??金屬納米粒子也可以原位加載到生物碳上。最近，科學家們巧妙地開發(fā)了一種鎳??／生物碳催化劑，其通過事先預附載在稻殼生物上，而后以熱解的方法合成（圖１．４）［３Ｑ］。??這種方法合成的催化劑具有高度分散的鎳納米粒子。這種原位合成的催化劑表現(xiàn)出了??對焦油的催化轉換的良好性能，通過與生物質共裂解，轉換效率可以達到９６．５％。更??重要的是，每次催化過程后，失效的生物碳／鎳納米粒子催化劑可以很容易地通過熱??處理再生。在熱解氣化過程中，生物碳扮演了多種角色：第一，它可以作為一種還原??媒介，將鎳氧化物轉換為鎳納米粒子，從而提高催化性能；第二，生物碳本身具有催??化作用和吸附焦油的功能，從而加快焦油裂解的進程。??６??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]納米導電聚合物超級電容器研究進展[J]. 張海濤,向翠麗,鄒勇進,褚海亮,孫立賢,徐芬.  傳感器與微系統(tǒng). 2016(08)
[2]質子交換膜燃料電池應用現(xiàn)狀及分析[J]. 王洪建,程健,張瑞云,王鵬杰,任永強,許世森.  熱力發(fā)電. 2016(03)
[3]生物質能源的利用與研究進展[J]. 王新楠,王冠.  山東工業(yè)技術. 2015(14)
[4]能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）（摘錄）[J].   上海節(jié)能. 2014(12)
[5]過渡金屬/氮摻雜石墨催化劑的制備及電催化氧還原[J]. 張蓉,柳璐,馬飛,張晶,王文洋,李瑞豐.  分子催化. 2014(06)
[6]活性炭表面官能團的氧化改性及其吸附機理的研究[J]. 楊穎,李磊,孫振亞,杜露.  科學技術與工程. 2012(24)
[7]食用脫脂大豆蛋白粉的生產及質量控制[J]. 魏貞偉,王俊國,王世讓,王瑾,于殿宇.  糧油加工. 2009(09)
[8]不同Pt粒徑的Pt/C的氧還原活性和穩(wěn)定性[J]. 周志敏,邵志剛,衣寶廉.  電池. 2009(04)
[9]超級電容器研究及其應用[J]. 朱磊,吳伯榮,陳暉,劉明義,簡旭宇,李志強.  稀有金屬. 2003(03)

碩士論文
[1]生物質碳材料的制備及其性能研究[D]. 張長存.山東建筑大學 2016
[2]濃漿豆腐制備工藝及其物性的研究[D]. 周淑紅.天津科技大學 2013
[3]納米碳基過渡金屬酞菁催化劑的氧還原特性及機理研究[D]. 丁蕾.東華大學 2013
[4]碳電極材料的制備及其電容性能研究[D]. 劉洋.吉林大學 2011



本文編號：2943337