隨著科技進步,環(huán)境污染加重,我們對綠色可持續(xù)能源的需求日益增加。金屬-空氣電池和燃料電池等可以將化學能直接轉化為電能和熱能的技術吸引了研究人員的目光,而作為這些清潔能源技術核心反應的氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）等更引起了大家的關注和探究。目前,這些能源技術電催化劑一般為貴金屬鉑基電催化劑和氧化銥電催化劑,其催化活性優(yōu)秀,但貴金屬十分稀少且價格昂貴,且這些催化劑電化學反應中動力學遲緩,所以我們急需制備廉價、高性能和快速反應動力學的電催化劑。生物質作為碳的主要來源之一,其具有種類多、來源廣、產量大、價格低等優(yōu)點,但大多數(shù)生物質得不得有效利用反而引起環(huán)境污染�；谝陨显�,本文我們分別以植物生物質海帶和海藻酸鈉為碳載體,用簡單方法合成兩種新型電催化劑,分別用于ORR和鋅-空氣電池,為使生物質資源化利用、緩解環(huán)境污染問題以及設計高活性電催化劑提供新思路。（1）研制高性能的非貴金屬氧還原電催化劑對燃料電池等清潔能源技術的應用具有重大意義。在此,我們以海藻生物質海帶為碳前體,通過簡單的水熱-浸漬-熱解的方法成功合成了高活性的氮摻雜的海帶基碳材料（NKC）作為氧還原電催化劑。材料具有良好... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１堿性燃料電池示意圖［２１］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａｎ?Ａｌｋａｌｉｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ??

?第一章緒論????質為ＫＯＨ溶液，ＫＯＨ溶液對（：０２的存在非常敏感，所以ＡＦＣ容易因Ｃ０２引起電解??質中毒，這是其主要缺點之一，也是研究過程中無法避免的問題。??Ａ??ｅ－???ｅ??—??＜ｂ?ｐ??ｈ２?［ｏ?圍＝〇?＿?ｈ２ｏ??Ｌ??Ｈ２〇＾ｒ?＇Ｈｔ?０２??ｕ；????￣?￣?、??Ａｎｏｄｅ?Ｃａｔｈｏｄｅ??Ａｎｉｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??圖１－２堿性陰離子交換膜燃料電池示意圖［２５１??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａ?ＡＥＭ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ??圖１－２顯示了堿性燃料電池中堿性陰離子交換膜燃料電池（ＡＥＭＦＣ）的電池示意??圖［２５］。ＡＥＭ燃料電池是用一種陰離子膜片代替液體電解質，膜在陽極和陰極之間起??隔板和導電載體的作用，在一定程度上解決了?ＡＪＦＣ因Ｃ〇２引起電解質中毒的情況，??此外，電池結構中不存在液體苛性堿，因此也減小的電極的腐蝕。膜電極組件（ＭＥＡ）??作為燃料電池的關鍵組成部件，將膜夾在兩個電極之間，這兩個電極包括催化劑層和??氣體擴散層，此結構也減小了?ＡＦＣ的尺寸和重量，擴大了其應用范圍［２３］。這種燃料??電池的反應方式與ＡＦＣ相同，氧氧化和氧還原分別在陽極和陰極發(fā)生，具體反應同??上所述。綜上所述，在ＡＦＣ中使用陰離子交換膜（ＡＥＭ）的主要目的是提高ＡＦＣ的??轉化效率和使用壽命。??（２）質子交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）??質子交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）?被認為是二＾世紀用于清潔高效發(fā)電的有前途??的技術之一。在各種類型的燃料電池中

?第一章緒論???ｅ－?ｕｙｓｓｍｓｕｕｙｙｕｉ．ｅ＿．??ｍｍａｍｍ?￣￣＾＂＂＂＂?■？�。�？??ＨＨＩ＾－?ｅ＊?—＃ＨＨ??ｎ?｜?ｗ?＾?ｒ??■二二?Ｓ?：５??Ｈ２?ｊｒ?■嶺??、葛?〇，??？?＿??＿＿?１?５????ＫＺＳｆｉＳＩ１１＂１１＃?＾?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?＾?？ｒａａＢＩＤＩＢＳＩ??圖１＿３質子交換膜燃料電池示意圖［２１］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａ?ＰＥＭ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ??在ＰＥＭ燃料電池中，使用Ｈ２氣體時陽極和陰極的電化學反應分別如下［２Ｗ２］：??在陽極，氫分子分裂成兩個質子和兩個電子：??Ｈ２?＾?２Ｈ＋?＋?２ｅ￣?式（１－４）??氧在陰極與質子反應并消耗電子形成水：??０２?＋?４Ｈ＋?＋?４ｅ￣?－？?２Ｈ２０?式（１－５）??以上兩個合并后，為電池內部總體電化學反應：??２Ｈ２?＋?０２＾?２Ｈ２０?式（１－６）??與其他類型的產生能量的設備相比，ＰＥＭ燃料電池效率更高，但其陰極ＯＲＲ催??化劑所需要的成本也較高，因此研宄人員進行了一系列長期研究確定了幾種策略來解??決此問題�，F(xiàn)在商用ＯＲＲ電催化劑為貴金屬Ｐｔ基催化劑，為了減少成本，一種方法??為開發(fā)高效ＰｔＭ合金催化劑（Ｍ是其他非貴金屬，例如Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ和Ｃｕ等），減少??貴金屬Ｐｔ的使用含量。另一種是用其他廉價元素開發(fā)不含貴金屬Ｐｔ的高效ＯＲＲ電催??化劑，完全替代Ｐｔ。目前兩項研究均取得重大進展，但要滿足ＰＥＭＦＣ工業(yè)使用，還??需要進一步探宄。??７??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鉑合金氧還原催化劑:合成、結構和性能（英文）[J]. 王曉霞,Joshua Sokolowski,劉輝,武剛.  Chinese Journal of Catalysis. 2020(05)
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博士論文
[1]非貴金屬基納米電催化劑的設計、合成及其性能研究[D]. 杜誠.中國科學技術大學 2019
[2]非貴金屬電催化劑的合成及其性能研究[D]. 張顯.中國科學技術大學 2018
[3]基于蝦殼衍生碳納米點制備高性能碳基電催化劑研究[D]. 劉榮榮.中國科學技術大學 2017

碩士論文
[1]ZnMnO3基鋰離子電池負極材料的制備、表征及其儲鋰性能研究[D]. 張燕如.安徽工業(yè)大學 2019
[2]基于海藻酸鈉的ORR和OER催化劑制備、結構與性能研究[D]. 馬娜.青島大學 2016
[3]MCFC復合動力系統(tǒng)脫碳研究[D]. 朱競男.華北電力大學 2014



本文編號：3122740