當(dāng)今社會(huì),隨著化石能源的枯竭及環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重,轉(zhuǎn)變當(dāng)前能源結(jié)構(gòu),減少環(huán)境污染,迫在眉睫。開(kāi)發(fā)高效低成本的潔凈能源轉(zhuǎn)換裝置對(duì)于實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的成功轉(zhuǎn)型尤為重要。其中,電解水裝置、氫能燃料電池及金屬-空氣電池備受關(guān)注。然而,這些裝置所涉及的陰極反應(yīng),如氧還原反應(yīng),其動(dòng)力學(xué)都較為緩慢。雖然采用貴金屬作為催化劑可以有效地加速這些反應(yīng)進(jìn)程以提高上述裝置的工作效率,但造成的高成本問(wèn)題卻又嚴(yán)重制約了這些裝置的實(shí)際運(yùn)用。因此,開(kāi)發(fā)高活性及高穩(wěn)定性的低成本非貴金屬催化劑被認(rèn)為是推進(jìn)上述能源轉(zhuǎn)換裝置的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。目前,具有高密度的M-N_x活性位點(diǎn)的金屬單原子-氮共摻雜的碳基催化劑（SAM-N/C）被認(rèn)為是用于替代高成本貴金屬催化劑最具潛力的催化劑之一。然而,由于在熱解過(guò)程中金屬原子極易團(tuán)聚并且非常容易被包覆在碳層之內(nèi),使得獲得SAM-N/C催化劑極具挑戰(zhàn)。因此,探索簡(jiǎn)單低成本的SAM-N/C催化劑的制備方法是推進(jìn)上述能源轉(zhuǎn)換裝置商業(yè)化應(yīng)用的重要一步�；诖�,本文主要展開(kāi)了以下兩個(gè)方面的工作:（1）針對(duì)Co@C結(jié)構(gòu)高溫下易生成從而阻礙金屬單原子碳基催化劑制備的問(wèn)題,本章采用Co... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

納米顆粒、層狀二維材料、單原子鏈、單原子的研究進(jìn)展示意圖

1緒論5載體SACs[51]、金屬合金載體SACs[52]、微孔/介孔材料（沸石等）載體SACs、MOFSACs[53]、二氧化硅載體SACs、碳基SACs[54]、有機(jī)聚合物載體SACs[55]、氮化物或碳化物載體SACs[56]等（如圖1.2）。圖1.2采用不同載體來(lái)制備單原子催化劑Fig.1.2DiversehostmaterialsthathavebeenstudiedtoprepareSACs.其中對(duì)于金屬氧化物（氫氧化物）載體SACs，由于金屬氧化物存在著各種各樣的幾何結(jié)構(gòu)和晶體形態(tài)，并且在不同化學(xué)計(jì)量的相中存在著陰離子缺陷位或陽(yáng)離子缺陷位。對(duì)于金屬氧化物作為載體的SACs來(lái)說(shuō)，大多通過(guò)與特定晶體位置的替換來(lái)形成與載體特定的配位作用。盡管金屬氧化物的晶體多樣性給晶體分析帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)，但其表面提供了大量可調(diào)節(jié)的活性位點(diǎn)，如最近廣受關(guān)注的Pt/CeO2催化劑。金屬合金單原子（SAAs）具有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）低濃度下存在越多的活性金屬，那么該金屬原子在載體上就呈現(xiàn)出越高的熱力學(xué)穩(wěn)定性。（2）取代合金原子半徑具有一定的相似性。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中SAAs也是載體，由于金屬濃度不同及金屬原子尺寸和形貌不同可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)一些不同的不等價(jià)原子的存在。此外，對(duì)于碳基SACs，由于完美的碳材料表面具有化學(xué)惰性，因此只有改變

1緒論7者通過(guò)離子交換的形式占據(jù)其他陽(yáng)離子的位點(diǎn)（如：H+、Na+等），再經(jīng)后處理嫁接到ZIF框架內(nèi)相鄰的氧中心，從而得到穩(wěn)定的碳基SACs[60,61]。如圖1.3a和圖1.3b所示，從所制備SACs的AC-STEM圖（A）中可以看出單Pt個(gè)原子均勻分散在載體表面。如圖1.3C所示，采用ZIF-8作為宿體，利用其內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)（dc=11.6）封裝Fe(acac)3，熱解過(guò)程后氮原子穩(wěn)定住了其中心的Fe原子，形成Fe-NX結(jié)構(gòu)均勻分散的SACs[62]。如圖1.3D所示，采用UiO-66-NH2作碳骨架并利用對(duì)苯二甲酸所連接的胺基團(tuán)與Ru原子進(jìn)行配位，可有效地抑制Ru的遷移團(tuán)聚，熱處理后得到穩(wěn)定的Ru單原子碳基催化劑[63]。圖1.3空間限域策略所制備SACs的AC-STEM圖（A）及Pt單原子被錨定沸石結(jié)構(gòu)的模型（B）；（C）Fe單原子催化劑的制備方法；（D）Ru單原子UiO-66-NH2基體催化劑的生成步驟。Fig.1.3SpatialConfinementStrategyfortheSynthesisofSACsAC-STEMimages(A)andmodelofsinglePtatomslocatedinthezeoliteKLTL(B);(C)Schematicpreparationprocessofsingle-atomFecatalyst.(D)FormationprocedureofsingleUiO-66-NH2.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3142909