燃料电池低铂/非铂阴极催化剂的制备及其电催化活性探究
发布时间：2025-05-11 07:00
质子交换膜燃料电池（PEMFC）,作为低温能源转换装置,可在室温下直接将化学能转换成电能而不产生有害物质,具有能量转换效率高、环境友好、低温启动快等优点,因而被视为打破化石能源枯竭困境和解决环境污染难题的下一代能源新技术。但为了加速阴极氧还原反应（ORR）的缓慢动力学,使用了大量高成本和稀缺性的铂（Pt）基催化剂,严重阻碍了PEMFC的实际应用。因此有必要开发新型的阴极氧还原催化剂以解决ORR缓慢动力学的“卡脖子”技术难题,实现性能与价格的兼优,推动PEMFC的发展。本论文工作主要集中在开发新型高效廉价的低铂/非铂催化剂,通过多种手段调控材料的电子结构与形貌特征,并对其电催化性能和氧还原机理进行探索分析。首先,以高度分散的Ni纳米颗粒为模板,利用自发的化学置换反应在Ni核表面均匀沉积Pt壳,通过调整还原次数制备了不同原子比的Nix@Pt/C催化剂。电化学测试显示Ni6@Pt/C催化剂展示出与Pt/C相当的电化学活性面积（84.68 m2/g）和优于Pt/C的起始电位（1.05 V vs.RHE）与半波电位（0.90 V）,...
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 燃料电池的发展历程
1.3 世界各国的发展情况
1.3.1 国外主要国家的发展情况
1.3.2 国内的发展情况
1.4 燃料电池的分类及其特性
1.4.1 碱性燃料电池
1.4.2 磷酸燃料电池
1.4.3 熔融碳酸盐燃料电池
1.4.4 固体氧化物燃料电池
1.4.5 质子交换膜燃料电池
1.5 质子交换膜燃料电池的构成及其运行原理
1.5.1 电池整体的结构组成
1.5.2 燃料电池的工作原理
1.5.3 阴极氧还原机理
1.6 阴极氧还原反应催化剂的发展
1.6.1 铂基催化剂
1.6.2 非铂催化剂
1.7 本研究工作的背景、设想和内容
1.7.1 研究背景及工作设想
1.7.2 研究内容
第二章 实验原料及表征方法
2.1 实验原料
2.1.1 试剂与药品
2.1.2 仪器设备装置
2.2 表征方法
2.2.1 物理化学表征
2.2.2 电化学性能测试
第三章 化学置换法制备高效阴极Nix@Pt/C催化剂
3.1 引言
3.2 实验步骤
3.2.1 Ni/VC-72 模板的制备
3.2.2 Nix@Pt/C催化剂的制备
3.2.3 工作电极的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 材料的制备流程及原子组成测试
3.3.2 催化剂的XRD测试
3.3.3 催化剂的形貌表征
3.3.4 催化剂的XPS测试结果
3.3.5 催化剂的电催化性能测试
3.3.6 催化剂的耐久性测试
3.4 本章小结
第四章 高温熔融硫盐浴制备硫掺杂炭材料及其电催化活性分析
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 Vulcan XC-72 的官能化
4.2.2 SC-x的合成
4.2.3 电化学测试条件
4.3 结果与讨论
4.3.1 材料的SEM、TEM和元素含量分析
4.3.2 氮气吸附测试分析
4.3.3 拉曼光谱分析
4.3.4 材料的XPS分析
4.3.5 硫掺杂炭材料的氧还原性能
4.4 本章小结
第五章 模板法制备有序多孔MOF基衍生炭材料及其电催化性能的初探
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 ZIF-67 的制备
5.2.2 SiO2 微球的制备
5.2.3 NH3-SiO2 的制备
5.2.4 硅球的ZIF-67 包覆
5.2.5 材料的碳化及模板的移除
5.3 结果与讨论
5.3.1 不同碳化时间下ZIF-67 晶体形貌的演变过程
5.3.2 不同碳化时间下ZIF-67-x的 XRD测试
5.3.4 SiO2@ZIF-67-x材料的SEM表征
5.3.5 合成ZIF-67 滤液所得材料的SEM表征
5.3.6 材料的电化学测试
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：4045028
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 燃料电池的发展历程
1.3 世界各国的发展情况
1.3.1 国外主要国家的发展情况
1.3.2 国内的发展情况
1.4 燃料电池的分类及其特性
1.4.1 碱性燃料电池
1.4.2 磷酸燃料电池
1.4.3 熔融碳酸盐燃料电池
1.4.4 固体氧化物燃料电池
1.4.5 质子交换膜燃料电池
1.5 质子交换膜燃料电池的构成及其运行原理
1.5.1 电池整体的结构组成
1.5.2 燃料电池的工作原理
1.5.3 阴极氧还原机理
1.6 阴极氧还原反应催化剂的发展
1.6.1 铂基催化剂
1.6.2 非铂催化剂
1.7 本研究工作的背景、设想和内容
1.7.1 研究背景及工作设想
1.7.2 研究内容
第二章 实验原料及表征方法
2.1 实验原料
2.1.1 试剂与药品
2.1.2 仪器设备装置
2.2 表征方法
2.2.1 物理化学表征
2.2.2 电化学性能测试
第三章 化学置换法制备高效阴极Nix@Pt/C催化剂
3.1 引言
3.2 实验步骤
3.2.1 Ni/VC-72 模板的制备
3.2.2 Nix@Pt/C催化剂的制备
3.2.3 工作电极的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 材料的制备流程及原子组成测试
3.3.2 催化剂的XRD测试
3.3.3 催化剂的形貌表征
3.3.4 催化剂的XPS测试结果
3.3.5 催化剂的电催化性能测试
3.3.6 催化剂的耐久性测试
3.4 本章小结
第四章 高温熔融硫盐浴制备硫掺杂炭材料及其电催化活性分析
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 Vulcan XC-72 的官能化
4.2.2 SC-x的合成
4.2.3 电化学测试条件
4.3 结果与讨论
4.3.1 材料的SEM、TEM和元素含量分析
4.3.2 氮气吸附测试分析
4.3.3 拉曼光谱分析
4.3.4 材料的XPS分析
4.3.5 硫掺杂炭材料的氧还原性能
4.4 本章小结
第五章 模板法制备有序多孔MOF基衍生炭材料及其电催化性能的初探
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 ZIF-67 的制备
5.2.2 SiO2 微球的制备
5.2.3 NH3-SiO2 的制备
5.2.4 硅球的ZIF-67 包覆
5.2.5 材料的碳化及模板的移除
5.3 结果与讨论
5.3.1 不同碳化时间下ZIF-67 晶体形貌的演变过程
5.3.2 不同碳化时间下ZIF-67-x的 XRD测试
5.3.4 SiO2@ZIF-67-x材料的SEM表征
5.3.5 合成ZIF-67 滤液所得材料的SEM表征
5.3.6 材料的电化学测试
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：4045028
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/4045028.html
上一篇：融合时间信息知识图谱自主建模与推理关键技术研究
下一篇：没有了
下一篇：没有了
