炭化聚苯胺-錳氧化物復(fù)合材料的制備及氧還原電催化性能研究.pdf

1、化石燃料的使用在給人類帶來巨大便捷的同時，也造成酸雨、霧霾及全球變暖等難以治理恢復(fù)的環(huán)境問題。因此，為促進人類與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)節(jié)能環(huán)保的新能源就顯得尤為必要，燃料電池作為新型清潔能源技術(shù)，因具有環(huán)境友好、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點備受親睞。然而燃料電池中鉑基催化劑的高成本和穩(wěn)定性已成為限制其商業(yè)化進程的主要技術(shù)瓶頸，因此，開發(fā)新型高效的非貴金屬氧還原(ORR)催化劑成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)注的研究熱點。
　　本論文主要圍繞具有高效氧還原催化

2、活性和良好穩(wěn)定性且價格低廉的陰極非貴金屬催化劑，基于聚苯胺/二氧化錳復(fù)合空心材料，通過高溫煅燒處理得到氮摻雜的碳材料炭化聚苯胺（CPANI），以及具有較好晶型的MnOX，最終得到CPANI/MnOX、CPANI/MnOX/CPANI復(fù)合空心結(jié)構(gòu)催化劑材料。研究不同的制備條件對催化活性的影響。通過紅外吸收光譜(FTIR)、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)、高分辨電鏡(HR-TEM)、X-射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜(

3、Raman)等作為主要的表征手段，觀察催化劑形貌，尺寸結(jié)構(gòu)，孔徑大小，MnOX的晶型結(jié)構(gòu)和碳材料的炭化程度等。采用多種電化學(xué)測試手段研究催化劑的氧還原電催化活性以及電催化穩(wěn)定性等。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)通過模板法合成PANI/MnO2/SiO2復(fù)合空心材料，在氮氣保護下高溫煅燒處理PANI/MnO2及SiO2模板去除制備介孔CPANI/MnOX復(fù)合空心材料，研究不同煅燒溫度對PANI炭化程度以及對MnOX晶型的

4、影響，采用TEM、XRD、XPS、HR-TEM、Raman等對催化劑的結(jié)構(gòu)進行表征，利用循環(huán)伏安測試(CV)、電位階躍技術(shù)-計時電流法(CA)、旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極測試(RRDE)、交流阻抗(PEIS)等多種電化學(xué)測試手段研究催化劑的氧還原電催化活性及穩(wěn)定性。
　　(2)通過模板法合成PANI/MnO2/PANI復(fù)合空心材料，在氮氣保護下煅燒處理PANI/MnO2/PANI制備介孔CPANI/MnOX/CPANI復(fù)合空心材料，調(diào)控制備不同