許多實驗和計算研究發(fā)現,碳材料中的特征電子自旋態(tài)和電荷態(tài)可增加反應物和中間體的吸附/解吸自由能,以及作為氧還原催化劑的用途。將雜原子（例如N,O,B,P等）或者金屬M-N-C（Mn,Co,Fe等）引入碳骨架中對單一和共摻雜碳材料表現出良好的電化學性能。合理設計高效三官能電催化劑的氧還原反應（ORR）,析氧反應（OER）,析氫反應（HER）對電化學方面應用于儲存能源與轉換來說至關重要。本論文主要設計合成制備高活性,成本低,操作簡單,穩(wěn)定性高的碳基材料催化劑。具體工作如下:（1）利用B摻雜提高Co-N-C活性位點效率用于高效氧還原反應及鋅空電池相關應用實驗操作簡單,材料結構新穎,為B摻雜元素催化劑開辟了新的見解。DFT計算證明了引入的B元素提供了電子缺陷位點,其可以激活Co-N-C位點周圍的電子轉移,增強與含氧物質的相互作用,從而加速4e-處理的ORR和OER中的反應動力學。本工作中,M-N-C活性位點的原子反應效率可以通過用雜原子修飾用于氧電催化的位點增強。我們制備的催化劑使其成為有希望的候選物在能量轉換和存儲設備方面。（2）N摻雜碳納米管Co2P-CoN雙活性中心多功能催化劑的制備及鋅... 

【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校

【文章頁數】：120 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１傳統(tǒng)的碳材料示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ．??

?氮摻雜可以改善碳材料的浸潤性和生物相容性等優(yōu)點［１９＠］。氮鍵結構被分為四??種類型，吡啶氮、吡咯氮、石墨氮和氧化氮［２１＿２３］，如圖１．２所示不同類型的氮能??影響其自身性能。如石墨氮和吡啶氮能對氧還原反應貢獻很大。??ＰｒｉｄｉｎｉｃＮ?（３９８．６ｅＶ）?Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ?Ｎ?（４０１．２ｅＶ）??Ｏｘｉｄｉｚｅｄ?Ｎ?Ｊ?１??—??Ｊ４００．５ｅＶ）??圖１．２氮摻雜碳材料中不同氮的化學鍵示意圖［２３］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｂｏｎｄｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｉｎ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｄｏｐｅｄ??Ｐ２３＇??ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?＼??氮摻雜碳材料制備方法一般可分為兩類：（１）原位摻雜；（２）后摻雜。常見的??氮摻雜碳材料主要包括，氮摻雜碳納米管，氮摻雜碳納米纖維，氮摻雜石墨烯??以及氮摻雜碳微球等。??（２）硼摻雜的碳材料??由于其獨特的性質，硼被發(fā)現是非金屬催化中的有用成分［２４］。硼是一種輕??質的準金屬元素，通常能夠在晶體結構中與氧化態(tài)ＩＩＩ的硼形成穩(wěn)定的共價鍵［２５］。??因此，含硼化合物通常非常穩(wěn)定，具有髙熱穩(wěn)定性，耐化學性和機械硬度的性??質，并且它們通常也用作電絕緣體［２６］。在應用方面，硼主要用作絕緣和結構材??料的添加劑，在物理和有機化學中僅使用少量硼。硼在材料科學中開始受到關??注

有希望的共摻雜劑。最近的報道表明，碳納米結構中插入的硼（Ｂ）原子可以作??為ＯＲＲ活性位點。這種調整使ＢＣＮ納米管對ＯＲＲ活性起作用，因為它們在碳??框架中含有一些分離的Ｂ－Ｃ和Ｎ－Ｃ鍵（圖１．３ｂ）?［３Ｗ２］。通過改善電子自旋密度，??Ｂ－Ｃ和Ｎ－Ｃ鍵可以產生比傳統(tǒng)Ｂ－Ｎ鍵更好的電子態(tài)，從而激活０ＲＲ和ＨＥＲ過??程ｔ３３＿３４］。最近，胡征等人通過不同含量的Ｂ，?Ｎ元素對比ＯＲＲ性能，發(fā)現一定??量的Ｂ元素可以提高０２吸附，從而改善ＯＲＲ性能。值得注意的是，引入的Ｂ??元素提供了一個電子缺陷位點，可以激活Ｃｏ－Ｎ－Ｃ位點周圍的電子轉移，加強與??含氧物質的相互作用，從而加速４ｅ—處理的ＯＲＲ和ＯＥＲ中的反應動力學［３５］。相??對于純碳材料，經過硼摻雜的碳材料具有更優(yōu)越的性能，在很大程度上擴大了??碳材料的應用。??（３）磷摻雜碳材料??磷（Ｐ）是一種Ｖ族元素，與氮（Ｎ）是同一主族元素，Ｐ具有比Ｎ更高的??給電子能力和更強的ｎ型效應。另外


本文編號：3474232