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《北京邮电大学》 2017年
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过渡金属钒酸盐制备与其氧还原性能研究

赵丽妍  
【摘要】:相比于传统的水电、火点、核电能发电技术,燃料电池能量转化效率高、低污染、低噪声、来源广泛、适应能力强、用途广等优势。在燃料电池中,氧化还原反应(ORR)充当着至关重要的作用,而氧化还原反应所用到的催化剂是衡量燃料电池好坏的重要指标。同时想要燃料电池在低温工作时获得理想的功率密度需要高活性电催化剂。科研人员发过渡金属具有良好的催化活性主要因为过度金属有多种氧化态,这就利于形成中间体也就是配位催化和适当的表面降低了反应活化能也就是接触催化。于此同时,混合导体复合氧化物是混合离子电子导体,它们的晶格中存在氧空位缺陷是复合氧化物作为催化剂的一大优势。不仅如此,过渡金属复杂氧化物可以通过化学组分的调节控制这类材料的电催化特性。因此对于过渡金属复杂氧化物的研究仍需深入研究,探究新型复杂金属氧化物也势在必行。本文中报道了一种简单、易于操作的方法合成新型电催化材料空心Mn_2V_2O_7微米球,这种Mn_2V_2O_7材料属于钪钇石型(A2B2O7)过渡金属复杂氧化物。这种空心Mn_2V_2O_7微米球的制备是通过结合溶胶-凝胶和水热法的合成方式合成,经过电子显微镜测试发现空心Mn2V207微米球的直径在1μm左右。在Hg/HgO参比电极、Pt对电极、催化剂覆盖的玻碳工作电极和0.1 M KOH电解液组成的三电极体系中,利用旋转圆盘和旋转环盘电极测试空心Mn_2V_2O_7微米球的氧还原电催化特性发现空心Mn_2V_2O_7微米球展示了优异的氧还原电催化性能,并且在氧还原电催化过程中主要是4电子转移过程与商业20%Pt/C相似。不仅如此,空心Mn_2V_2O_7微米球展示了比商业20%Pt/C更好的稳定性和抗甲醇稳定性。空心Mn_2V_2O_7微米优异的氧还原电催化性能使它很有希望成为铂基催化剂的代替品,进而成为碱性甲醇燃料电池领域很有希望的催化剂候选人。为了探究更多新型电催化材料本文通过一种简单的溶胶凝胶法成功合成高结晶度、高纯度、高分散性的Co_2V_2O_7多孔纳米块。Co_2V_2O_7多孔纳米块的微观结构、形貌和元素分析通过XRD、SEM、TEM和XPS分析证明。旋转圆盘和旋转环盘电极的氧还原电催化结果表明,Co_2V_2O_7多孔纳米块作为氧还原电催化剂的起势电压、半坡电位低于但接近商业20%Pt/C。同时,Co_2V_2O_7多孔纳米块的电催化过程是混合电子转移过程,即2电子和4电子的混合过程。不仅如此,Co_2V_2O_7多孔纳米块比商业20%Pt/C有更好的稳定性和抗甲醇稳定性,本文提供了 Co_2V_2O_7多孔纳米块在碱性甲醇燃料电池领域应用的可能。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36;TM911.4

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