鋅空氣電池是一種高效綠色的能源轉(zhuǎn)換技術(shù),近些年來(lái)得到了極大的發(fā)展,但是其大規(guī)模推廣仍然面臨著諸多問(wèn)題,其中之一就是陰極發(fā)生的氧還原反應(yīng)過(guò)于遲緩。傳統(tǒng)的氧還原電催化劑鉑由于價(jià)格昂貴,容易中毒等缺點(diǎn)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)下鋅空氣電池發(fā)展的需求。其中,碳基納米材料是一種極具潛力的鉑的替代材料,雖然具有眾多優(yōu)點(diǎn),但當(dāng)前碳基納米材料的氧還原電催化活性仍然需要進(jìn)一步提高。（1）本論文通過(guò)選擇容易被氧化的鄰苯二胺為聚合物單體,氯化鐵和過(guò)硫酸銨作為單體聚合引發(fā)劑,輔以硬模板二氧化硅,通過(guò)犧牲模板法制備得到了介孔狀的碳基納米材料m-FeSNC。由于鐵源與單體之間較強(qiáng)的化學(xué)作用,鐵元素在碳骨架上得到了良好的分散;硫的引入抑制了高溫下鐵對(duì)碳骨架的石墨化催化作用,無(wú)序的碳表面有利于活性位點(diǎn)的形成,提高了材料的活性位點(diǎn)密度;二氧化硅模板的使用使催化劑具有高比表面積,均勻分散在碳骨架上的活性位點(diǎn)得以暴露,且傳質(zhì)得以改善。得益于硫元素的摻雜對(duì)材料本征活性的提升和模板對(duì)材料傳質(zhì)的改善,m-FeSNC在0.1 MKOH電解液中氧還原半波電位達(dá)到0.904 V,且穩(wěn)定性良好。以該催化劑為陰極催化劑,組裝得到的鋅空氣電池峰值功率密... 

【文章來(lái)源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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圖１－１金屬空氣電池的基本原理［１７］??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ－ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ??

催化劑，原料為廉價(jià)??的炭黑、無(wú)機(jī)鐵鹽／鈷鹽、聚丙烯晴（ＰＡＮ），這些前驅(qū)體混合之后在氬氣下８０（ＴＣ熱處??理就得到了?Ｍｅ－Ｎｘ－Ｃ催化劑［１？。該報(bào)道表明，在有鐵源和氮源、金屬鹽存在的前提??下，惰性氣氛下高溫?zé)崽幚砭涂梢缘玫骄哂休^高活性的非貴金屬ＯＲＲ催化劑。之后，??研宄者們的研宄重點(diǎn)集中在前驅(qū)體的調(diào)控和催化劑傳質(zhì)的優(yōu)化以及反應(yīng)機(jī)理的探索。??■?Ｍ?Ｍ??（ＸＯ??Ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ（Ｐ卜啉）?Ｃｏ?ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ（鉆酞箐）?Ｈｅｍｉｎ（氯化血紅素）??圖１－２三種不同的過(guò)渡金屬大環(huán)化合物??Ｆｉｇ．１－２?Ｔｈｒｅｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｍｅｔａｌ?ｍａｃｒｏｃｙｃｌｅ?ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ??許多研宄者針對(duì)不同前驅(qū)體對(duì)所得催化劑活性的影響進(jìn)行了研宄。胡勁松研??究組以ＣＮＴ，葡萄糖，三聚氰胺和鐵鹽作為前驅(qū)體制備Ｆｅ－Ｎｘ－Ｃ型催化劑，觀察??到隨著鐵鹽的量增加，催化劑ＯＲＲ活性增強(qiáng)。而鐵鹽的增加更多的誘導(dǎo)了結(jié)晶Ｆｅ??物質(zhì)的存在。作者認(rèn)為結(jié)晶Ｆｅ可以增強(qiáng)Ｆｅ納米顆粒周圍Ｎ和ＦｅＮｘ位點(diǎn)的活性Ｉ１％。??８??

’?Ｂ?／??＜?＾?ｗ?．＊：?ｙ?＊?＊?＊■?＞＊％?＾?ｉ??◎辦?ｌ?＜?Ｉ??＊?ｍ?？＊?ｍ?＊?＞＊?＊?：＃?＊?＊．？■?＊？?＾?＾?ｍ?ｉ?￡＊??ｇ?Ｊ?／?ｇ?ｆｔ??＾?－０?８－廣Ｊ?－?－０．６－?Ｊ＼??Ｈ??????．．．＊０．８＊?：??＾?丨丨．ＩＭＩ?－—一：??〇＾２?〇＊４?｜６?０Ｊ?．１０?＇〇２?０．４?０．６?０Ｊ?１０?１Ｊ??Ｅ／Ｖ（ＲＨＥ）?Ｅ／ＶＣＲＨＥ）??圖２－１?（ａ）在氧氣和氮?dú)怙柡偷碾娊庖褐械难h(huán)伏安曲線，（ｂ）典型的ＯＲＲ極化曲線［＿??Ｆｉｇ．２－１?（ａ）Ｔｙｐｉｃａｌ?ＣＶ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｂａｓｅｄ?ＯＲＲ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｉｎ?〇２?ａｎｄ?Ｎ２?ｓａｔｕｒａｔｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ａｔ?９００??ｒｐｍ；?（ｂ）Ｔｙｐｉｃａｌ?ＯＲＲ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ａｔ?９００?ｒｐｍ??３．活性評(píng)價(jià)：如圖２－１?（ｂ）所示，ＯＲＲ是擴(kuò)散控制的反應(yīng)，在低過(guò)電勢(shì)的Ａ區(qū)（Ｅ＞??１．０?Ｖ），反應(yīng)為動(dòng)力學(xué)控制，ＯＲＲ電流極小；中等過(guò)電勢(shì)的Ｂ區(qū)（０．８－１．０Ｖ）為動(dòng)力學(xué)和??傳質(zhì)混合控制；高過(guò)電勢(shì)的Ｃ區(qū)（Ｅ＜０．８?Ｖ）為傳質(zhì)控制，此時(shí)ＯＲＲ電流僅由電極表面??氧氣傳質(zhì)速率決定，稱為極限電流ｋ。對(duì)于ＯＲＲ電催化，半波電勢(shì)（Ｅ１／２）是評(píng)價(jià)活性??的有力指標(biāo)，其指的是達(dá)到極限電流的一半所需要的電勢(shì)。催化劑的本征動(dòng)力學(xué)電流??ｉｉｏ根據(jù)Ｋｏｕｔｅｃｋｙ－Ｌｅｖｉｃ（Ｋ－Ｌ）方程計(jì)算得到。??ｉ＿１?＝?ｉ：１?＋?Ｉｋ１?式（２－２）??１７??


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