基于氮摻雜多孔碳材料的燃料電池陰極電催化劑的制備與性能研究.pdf

1、能源問(wèn)題是21世紀(jì)最大的問(wèn)題之一。隨著人口的增多和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求越來(lái)越大。越來(lái)越多的科學(xué)研究者們已經(jīng)不遺余力地尋找可持續(xù)能源設(shè)備，如燃料電池，太陽(yáng)能電池，金屬-空氣電池，鋰離子電池，超級(jí)電容器等等。其中，燃料電池作為環(huán)境友好型能源設(shè)備，受到了廣泛的關(guān)注。但在燃料電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的過(guò)程中，遇到的最大問(wèn)題之一就是陰極氧還原反應(yīng)的催化劑問(wèn)題。本論文針對(duì)此問(wèn)題，研究了兩種新型氧還原電催化劑，這種新型催化劑成本低，性能高，能夠有效催化燃料

2、電池陰極氧還原反應(yīng)。主要工作如下:
　　制備了氮、鈷共摻雜介孔碳/石墨烯納米復(fù)合材料(CMK3/G-N-Co):首先采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯，然后添加介孔碳CMK3和四水合乙酸鈷與制備好的氧化石墨烯溶液進(jìn)行混合，機(jī)械攪拌后冷凍干燥，最后將干燥混合物在氨氣氣氛中高溫?zé)崽幚淼玫阶罱K產(chǎn)物。通過(guò)掃描透射電鏡、X射線衍射、光電子能譜等對(duì)最終產(chǎn)物進(jìn)行表征，分別在酸性和堿性介質(zhì)中測(cè)試最終產(chǎn)物的氧氣電還原催化性能。探究了四水合乙酸

3、鈷的含量，氧化石墨烯的含量以及熱處理溫度和熱處理時(shí)間對(duì)CMK3/G-N-Co催化劑催化性能的影響。得到最佳制備條件為:四水合乙酸鈷的含量為13.0 mg，氧化石墨烯的含量為30.0 mL，熱處理溫度為950℃，熱處理時(shí)間為50 min。該條件制備的產(chǎn)物在堿性介質(zhì)中具有很好的氧還原催化性能，它的半峰電位比商業(yè)Pt/C(20％)只低了27 mV。與Pt/C(20％)相比，它具有很好的抗甲醇性能和穩(wěn)定性。
　　制備了氮、鐵共摻雜介孔碳/

4、碳納米管納米復(fù)合材料(NFe-CNT/CMK3):將介孔碳CMK3和三氯化鐵溶于去離子水中，機(jī)械攪拌后冷凍干燥，再將干燥混合物與500 mg的三聚氰胺充分地研磨，最后在氮?dú)鈿夥罩袩崽幚淼玫阶罱K產(chǎn)物。通過(guò)掃描電鏡、透射電鏡、BET比表面積測(cè)試等對(duì)最終產(chǎn)物進(jìn)行表征，在酸性介質(zhì)中測(cè)試最終產(chǎn)物的氧氣電還原催化性能。探究了三氯化鐵的含量，熱處理溫度和熱處理時(shí)間對(duì)NFe-CNT/CMK3催化劑催化性能的影響。得到最佳制備條件為:三氯化鐵的含量為6.