燃料電池（Fuel cell,FC）具有清潔高效無(wú)污染的特點(diǎn),是理想的能源轉(zhuǎn)換技術(shù),然而其陰極氧還原動(dòng)力學(xué)過(guò)程緩慢,一般需要使用資源稀少、價(jià)格昂貴的鉑催化劑,這導(dǎo)致燃料電池成本急劇增加,阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái),用于替代鉑的非貴金屬催化劑在用于燃料電池電催化氧還原領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大潛力,但是目前絕大多數(shù)非貴金屬催化劑制備過(guò)程繁瑣、流程冗長(zhǎng)、耗時(shí)耗力且污染環(huán)境,且活性和穩(wěn)定性差,無(wú)法達(dá)到商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。因此,通過(guò)簡(jiǎn)單方法制備催化活性和穩(wěn)定性好的非貴金屬催化劑具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。本論文從儲(chǔ)量豐富的鐵和碳源出發(fā),探索了合成簡(jiǎn)單、活性高、穩(wěn)定性好的鐵氮摻雜碳材料的制備過(guò)程,并通過(guò)離子液體表面修飾,進(jìn)一步提升催化劑的氧還原催化活性和穩(wěn)定性,為后續(xù)非貴金屬氧還原催化和燃料電池應(yīng)用的研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)參考和理論支撐。本論文首先從硫酸和對(duì)苯二胺進(jìn)行中和反應(yīng)生成的質(zhì)子酸鹽[pPDA][2HSO₄]出發(fā),通過(guò)高溫碳化一步法合成孔徑為10 nm的多孔碳材料,并引入大量含氧官能團(tuán)增加親水性。再將其水溶液與硫酸亞鐵七水合物混合并高溫碳化,制備得到鐵氮摻雜碳催化劑,并通過(guò)多種表征研究其結(jié)... 

【文章來(lái)源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 燃料電池
        1.2.1 燃料電池的分類(lèi)
        1.2.2 燃料電池的結(jié)構(gòu)和原理
        1.2.3 燃料電池的優(yōu)點(diǎn)
        1.2.4 現(xiàn)階段面臨的問(wèn)題
        1.2.5 氧還原反應(yīng)（ORR）
        1.2.6 催化劑的研究現(xiàn)狀
    1.3 選題背景和主要研究?jī)?nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料與表征手段
    2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑及儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 材料表征
        2.2.1 傅里葉紅外光譜
        2.2.2 熱重分析
        2.2.3 差示掃描量熱分析
        2.2.4 穆斯堡爾譜
        2.2.5 比表面分析儀
        2.2.6 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
        2.2.7 X射線(xiàn)粉末衍射
        2.2.8 X射線(xiàn)光電子能譜
        2.2.9 掃描電子顯微鏡
        2.2.10 透射電子顯微鏡
        2.2.11 拉曼光譜
    2.3 電化學(xué)研究
        2.3.1 工作電極制備
        2.3.2 電化學(xué)性能表征
第3章 質(zhì)子酸鹽制備鐵氮摻雜碳基催化劑及其電催化氧還原性能的研究
    3.1 緒論
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 催化劑制備
        3.2.2 材料表征
        3.2.3 電極制備和電化學(xué)表征
        3.2.4 結(jié)果與討論
    3.3 本章小結(jié)
第4章 納米限域離子液體提升單原子鐵氮摻雜碳基催化劑的氧還原催化性能
    4.1 緒論
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 催化劑的制備
        4.2.2 催化劑的物化表征
        4.2.3 催化劑的電極制備及電化學(xué)表征
        4.2.4 結(jié)果與討論
    4.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]陰離子膜燃料電池碳基氧還原催化劑研究進(jìn)展[J]. 孫天航,王曉曄,黃乃寶,梁成浩.  大連海事大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(03)
[2]多孔碳質(zhì)材料在氧還原電催化中的應(yīng)用[J]. 楊慧聰,梁驥,王振興,安百鋼,李峰.  新型炭材料. 2016(03)
[3]氮摻雜對(duì)碳材料性能的影響研究進(jìn)展[J]. 張德懿,雷龍艷,尚永花.  化工進(jìn)展. 2016(03)
[4]生物質(zhì)基碳材料作為氧還原反應(yīng)催化劑的研究進(jìn)展[J]. 高書(shū)燕,蘇景振.  化學(xué)通報(bào). 2015(08)
[5]燃料電池非鉑基氧還原電催化劑的最新研究進(jìn)展[J]. 宋平,阮明波,劉京,冉光鈞,徐維林.  電化學(xué). 2015(02)
[6]碳材料的摻雜改性及其用于燃料電池催化劑的研究[J]. 鄭銳萍,廖世軍.  表面技術(shù). 2015(01)
[7]雜原子摻碳材料氧還原催化劑研究進(jìn)展[J]. 丁煒,張雪,李莉,魏子棟.  電化學(xué). 2014(05)



本文編號(hào)：3046088