用于改善氧还原反应（ORR）电催化性能的燃料电池阴极催化剂的合成与表征

发布时间：2024-05-11 02:09

　　燃料电池作为一种高能量转化效率、高比能量密度、低排放和低噪音的能源转化装置,是替代燃油发动机的理想动力电源。但燃料电池因其成本仍然居高不下、对于燃料的要求高等问题导致了在民用化进程中的停滞不前。其中,燃料电池阴极所发生的氧还原反应(ORR)的反应速率迟滞,其所需使用的铂(Pt)催化剂成本高昂是导致上述问题的重要原因。对此,学界提出了一些解决途径,比如通过掺杂其他金属来降低Pt的用量,以及寻找Pd等与Pt具有相似结构的元素以及过渡金属-氮-碳化合物(M-N-C)来代替Pt进行ORR催化反应。同时,人们也发现催化剂所使用的载体对于ORR催化反应的顺利进行有着很大的影响,相比目前商业化的Vulcan碳载体,具有一定结构的碳载体能够改善ORR反应的三相界面,使得反应物与催化剂更好地接触,对于提升ORR催化性能有着很大的帮助。本论文中,作者从催化剂碳载体的角度对PEMFC阴极ORR催化剂进行了研究。在本论文的第三章中,作者发展了一条以聚多巴胺(pDA)作为前驱体,表面活性剂参与形貌调控的鱼卵状氮掺杂介孔碳材料(NMC)的方法,该材料具有较高的比表面积和孔体积,而且不同于以往需要低温聚合的聚丙烯腈...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池概述
        1.2.1 燃料电池的发展历史
        1.2.2 燃料电池的种类以及特征
    1.3 质子交换膜燃料电池的介绍
        1.3.1 质子交换膜燃料电池的工作原理
        1.3.2 质子交换膜燃料电池的结构
        1.3.3 质子交换膜燃料电池优点以及所存在的问题
    1.4 质子交换膜燃料电池阴极催化剂的研究进展
        1.4.1 酸性条件下电催化氧还原反应的机理
        1.4.2 Pt基氧还原催化剂的研究进展
        1.4.3 非Pt氧还原催化剂的研究进展
        1.4.4 氧还原催化剂载体的研究进展
    1.5 本论文的研究内容和目的
    参考文献
第二章 实验部分
    2.1 主要实验药品与耗材
    2.2 主要实验仪器
    2.3 主要测试方法
        2.3.1 物性表征
        2.3.2 电化学表征
    参考文献
第三章 应用于ORR催化反应的高比表面积氮掺杂碳材料的制备与表征
    3.1 引言
    3.2 实验条件与步骤
        3.2.1 高比表面积氮掺杂碳材料的制备
        3.2.2 物性表征实验条件
        3.2.3 电化学表征实验条件
    3.3 实验结果分析
        3.3.1 物性表征
        3.3.2 碱性条件下的电催化氧还原过程
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 应用于ORR催化反应的高比表面积氮掺杂碳载铂催化剂的制备与表征
    4.1 引言
    4.2 实验条件与步骤
        4.2.1 碳载铂催化剂的制备
        4.2.2 物性表征实验条件
        4.2.3 电化学表征实验条件
    4.3 实验结果分析
        4.3.1 物性表征
        4.3.2 电催化氧还原过程的电化学表征
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
第六章 参与的研究工作
    6.1 银铂双金属氧还原催化剂制备与表征
    6.2 燃料电池用质子交换膜的探索性研究
致谢
攻读硕士期间所获成果
    科研论文
    专利



本文编号：3969363