化石燃料是不可再生資源,過度的開采和使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題,發(fā)展高效、清潔的可持續(xù)新能源成為二十一世紀(jì)的重大挑戰(zhàn)。新型燃料電池,如質(zhì)子交換膜燃料電池等具有效率高、排放低、能量密度高等諸多優(yōu)點(diǎn),是一種可持續(xù)的先進(jìn)能源技術(shù),收到人們的關(guān)注。由于陰極氧還原反應(yīng)（ORR）的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)十分緩慢,限制了燃料電池的商業(yè)化。目前,鉑及其合金被認(rèn)為是最有效的氧還原催化劑。然而,鉑是貴金屬,儲(chǔ)量有限,價(jià)格高昂,嚴(yán)重影響了燃料電池的工業(yè)化應(yīng)用。另外,鉑基催化劑在甲醇耐受性和耐久性方面的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。因此,開發(fā)低價(jià)、高效、穩(wěn)定性好的氧還原催化劑成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。氮摻雜的碳基過渡金屬（Fe、Co、Ni等）納米復(fù)合材料在催化氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)出極大地潛力,并有望取代Pt/C。近幾年來,通過熱解金屬前驅(qū)體、氮源和碳基質(zhì)的混合物,推進(jìn)了大量氮摻雜的碳基過渡金屬?gòu)?fù)合材料的合成,這類方法普遍具有成本低方法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。這類方法為低價(jià)、高效的ORR催化劑的設(shè)計(jì)提供了可能性。設(shè)計(jì)和構(gòu)建具有納米結(jié)構(gòu)的高效氮摻雜的碳基過渡金屬納米復(fù)合結(jié)構(gòu)催化劑是一個(gè)巨大的進(jìn)步。在催化劑的設(shè)計(jì)過程中通過調(diào)控催化劑的結(jié)構(gòu)特性（如多孔性、石墨化程度和雜... 

【文章來源】：上海大學(xué)上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

H2/O2燃料電池原理圖

10圖 1.4 NiO/CoN 納米線的（a）SEM 和（b）TEM 照片；（c）NiO/CoN 納米線的的 LSV 曲線，O2飽和的 0.1 M KOH，1600 rpm[82]；（d）NiO/MnO2@PANI 的合成路徑；（e）NiO/MnO2@PANI 的 LSV 曲線和（f）穩(wěn)定性測(cè)試，O2飽和的 0.1 M KOH，1600 rpm[83]為了彌補(bǔ)作為 ORR 電催化劑的 Zhentao Cui 等人[84]利用靜電紡絲法（以Co(Ac)2，Ni(Ac)2和 PVP 為前驅(qū)體在 DMF 溶液中）成功合成了多孔 NiO/NiCo2O納米管結(jié)構(gòu)。與單一過渡金屬氧化物相比，復(fù)合氧化物作為 ORR 電催化劑具有諸多額外的優(yōu)越性，如熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)電率高，活性高，電阻低。該 NiO/NiCo2O納米復(fù)合材料表現(xiàn)出獨(dú)特的多孔管狀結(jié)構(gòu)，均勻的界面，并且 NiO 和 NiCo2O4兩種組分在納米尺度上均勻分布。納米管的直徑大小約為 200nm，厚度約為 50nm。

x所示，該催化劑通過兩步熱解和酸蝕刻法制備，在堿性條件下與 Pt/C 催化劑比較表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，同時(shí)，在酸性條件下比目前報(bào)道的大多數(shù)非貴金屬催化劑相比，其催化性能十分優(yōu)異。Xin Xu 等 人[93]以柚子皮作為碳源， 通過簡(jiǎn)單的原 位還原法制備(Fe)/Fe3O4/FeS/NGC 復(fù)合材料。柚皮由海綿狀多孔結(jié)構(gòu)組成，可賦予碳較高的比表面積和更多活性位點(diǎn)。同時(shí)，該材料預(yù)期將以羥基離子作為主要中間產(chǎn)物，因而顯示出更高的 ORR 活性和穩(wěn)定性。此外，在大表面積的多孔結(jié)構(gòu)與高石墨化程度、高導(dǎo)電性間的協(xié)同作用，將有助于提高材料的電催化活性。這項(xiàng)研究突出了 FeS 對(duì) ORR 活性所起的重要作用，并且還討論了 ORR 可能的反應(yīng)途徑。研究了碳化溫度（600-1000℃）對(duì)催化劑晶相和結(jié)構(gòu)的影響。該(Fe)/Fe3O4/FeS/NGC復(fù)合材料作為陰極催化劑具有很好的 ORR 活性和穩(wěn)定性，可替代薄膜燃料電池中 Pt 基催化劑的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]High-performance oxygen reduction catalysts in both alkaline and acidic fuel cells based on pre-treating carbon material and iron precursor[J]. Ping Song,Heather M.Barkholtz,Ying Wang,Weilin Xu,Dijia Liu,Lin Zhuang.  Science Bulletin. 2017(23)
[2]Two-dimensional iron-porphyrin sheet as a promising catalyst for oxygen reduction reaction: a computational study[J]. Gan Luo,Yu Wang,Yafei Li.  Science Bulletin. 2017(19)



本文編號(hào)：3431954