鉑基金屬催化劑(PGM)的成本和稀缺性嚴(yán)重限制了燃料電池的商業(yè)化。因此,尋找地球上儲量豐富的物質(zhì)作為氧還原反應(yīng)(ORR)的催化劑已成為一個重要的研究熱點。由于碳具有多樣化的結(jié)構(gòu)、化學(xué)穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性和極高的表面積等優(yōu)點,雜原子摻雜納米碳材料即非金屬碳基催化劑被認(rèn)為是最有前景的ORR催化劑之一。雖然非金屬碳基催化劑在ORR活性方面取得了顯著的進(jìn)展,但其活性位點和ORR機(jī)理尚不清楚。爭論的焦點集中于吡啶氮、石墨氮、缺陷結(jié)構(gòu)甚至痕量金屬雜質(zhì)在ORR中扮演的角色。然而,由于碳基材料的多樣性和表面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,很難確定活性位點的性質(zhì)。在此,通過雜原子摻雜和去除設(shè)計了一系列非金屬碳基催化劑。通過調(diào)節(jié)氧濃度、氮濃度和缺陷密度,在這種非金屬碳基催化劑中觀察到缺陷密度和ORR活性之間的相關(guān)性。對于氧濃度或氮濃度,則沒有發(fā)現(xiàn)與活性的相關(guān)性。值得注意的是,碳的缺陷來源于除氮和除氧,且兩種類型缺陷都與ORR活性呈正相關(guān)。同時,非金屬碳基催化劑檢測到了痕量金屬雜質(zhì)(鐵142 mg·kg^-1)。痕量金屬的存在顯著提高了氧還原活性。我們利用SCN^-離子毒化金屬中心活性位點...

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1無金屬生長氮摻雜碳納米管作為ORR催化劑[38]

25ORR，該研究表明，摻入的氮原子附近的碳原子可能是活性位點。自此，引起了研究非金屬氧還原反應(yīng)的熱潮。由于上述碳納米管(CNT)合成中需要用到金屬，很多學(xué)者對于碳納米管中是否存在痕量的金屬從而影響氧還原反應(yīng)提出了質(zhì)疑。因此，在2010年，Dai等[38]用另一種方法合成出無金屬....

圖1.2不同直徑的氮摻雜碳納米

61.3.3.2硼摻雜碳ORR催化劑除了電負(fù)性較大的氮(3.04)之外，電負(fù)性較小的硼(2.04)也被認(rèn)為有效的摻雜元素(碳原子電負(fù)性2.55)。胡征等[43]采用化學(xué)氣相沉積法，以苯、三苯基硼烷(TPB)和二茂鐵為前驅(qū)體和催化劑，采用不同的TPB濃度合成了可調(diào)硼含量為0-2.2....

圖1.3酸性(左)和堿性(右)電解質(zhì)的ORR過程中雙電層結(jié)構(gòu)示意圖[62]

范圍內(nèi)，會發(fā)生由外球面電子轉(zhuǎn)移機(jī)制引起的電荷轉(zhuǎn)移過程。這些結(jié)果表明，在低pH值時O2吸附是必要的，而在高pH值由于外球電子轉(zhuǎn)移的參加，O2吸附并不是必要的[56,57]。Ramaswamy、Mukerjee和Markovic等[58-61]指出在pH由0變?yōu)?4的過程中，該電子轉(zhuǎn)....

圖1.5氮摻雜石墨烯選擇性乙�；跋鄳�(yīng)的氧還原活性[74]

最大的氧還原性能最好，而且理論計算模擬了缺陷形狀的影響，發(fā)現(xiàn)五邊形和鋸齒形活性更高。2019年木士春等[78]選擇具有本征五元環(huán)結(jié)構(gòu)豐富的C60作為原材料，同時選用石墨烯作為對照，采用相同的處理方式，結(jié)果顯示以C60作為催化劑的ORR性能更好，并且還表現(xiàn)出類似商業(yè)Pt/C催化劑的....

本文編號：3980813