收藏本站
《暨南大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

非贵金属复合物氧催化剂的制备及电化学性能研究

尚贞西  
【摘要】:氧催化剂是制约燃料电池、金属-空气电池及电解水等能源储存与转化装置商业化的主要瓶颈。目前,氧还原反应(ORR)催化剂主要是贵金属Pt及其它贵金属合金,氧析出反应(OER)催化剂主要是贵金属RuO_2和IrO_2等。在近年的发展中,各种金属、金属氧化物、非贵金属或非贵金属氧化物与碳基材料的复合物成了氧催化剂领域的研究热点。本文致力于开发出高催化活性、高稳定性的非贵金属/非贵金属氧化物复合物氧催化剂:钙钛矿氧化物Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(BSCF)与氮化碳(g-C_3N_4)复合物(非贵金属氧化物+碳);热裂解普鲁士蓝类似物(Fe_3[Co(CN)_6]_2)原位合成CoFe合金纳米颗粒包裹在氮掺杂的碳和氮掺杂的碳纳米管中的复合物氧催化剂(CoFe@NC-NCNT-H)(非贵金属+碳)。通过对这两个材料进行系统表征和电化学性能测试,评价其作为氧催化剂的可能性,本论文的主要内容和结果如下:1.g-C_3N_4-BSCF作为廉价且高效的ORR/OER氧催化剂本研究对BSCF、g-C_3N_4和Vulcan碳(VC)组成的复合物的物理化学性质以及其在碱性介质中的ORR和OER活性进行了评价。采用这种复合催化剂(BSCF/g-C_3N_4-VC)可以克服BSCF和g-C_3N_4各自的缺点,即前者相对较低的比表面积(~0.27 m~2 g~(-1))和后者极低的电子传导率。通过简单的超声混合,BSCF/g-C_3N_4-VC复合材料的比表面积可以达到~124.7 m~2 g~(-1)。BSCF/g-C_3N_4-VC表现出比单独的g-C_3N_4和BSCF高的ORR和OER活性,同时也要高于g-C_3N_4-VC和BSCF/VC的活性。电催化活性的提高可以归因于以下2点:1.利用导电且高比表面积的VC作为载体增加了电子转移效率;2.g-C_3N_4、BSCF和VC之间的协同作用。2.热裂解Fe_3[Co(CN)_6]_2制备双功能氧催化剂本研究在600℃的氮气气氛下,通过热裂解普鲁士蓝类似物前驱体(Fe_3[Co(CN)_6]_2)原位合成CoFe合金纳米颗粒包裹在氮掺杂的碳和氮掺杂的碳纳米管中的氧催化剂(CoFe@NC-NCNT-H)。制备得到的中孔结构材料不仅具有高含量的氮(~10%)而且具有相对高的比表面积(~210.5 m~2 g~(-1))。高含量的氮以及高的比表面积能够给催化剂材料提供更多的活性位点以及提高催化剂材料的电子转移效率。此外,本研究也发现CoFe合金纳米颗粒对石墨碳的形成起到了促进作用,所形成的石墨碳从另外一方面促进了催化剂材料中的电荷转移。CoFe@NC-NCNT-H在碱性和酸性电解质中均表现出了优异的ORR和OER催化活性。在碱性溶液中,CoFe@NC-NCNT-H不仅显示出较高的OER活性(~1.35 V的起始电位),而且在10.0 mA cm~(-2)电流密度下具有较小的过电势(~380 mV)。另外,CoFe@NC-NCNT-H在碱性介质下的ORR主要遵循四电子过程,具有较高的电流密度,其稳定性与商业的Pt/C相比也得到了明显的改善。同时,CoFe@NC-NCNT-H在-3.0 mA cm~(-2)和10.0 mA cm~(-2)的电势差约为0.87 V,展现出了优于商业的Pt/C和RuO_2的双功能催化活性。因此,可通过简易的热裂解方法制备出高活性和稳定性的双功能氧催化剂,从一定程度上替代贵金属催化剂。
【学位授予单位】:暨南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O643.36

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘淑妹;胡皆汉;刘秀梅;;苯加氢催化剂组成之一的光谱研究[J];鞍山钢铁学院学报;1987年03期
2 李琪;胡家臻;章炳根;汪庆椿;王学政;;DO-6催化剂组成、结构与催化活性的关系[J];化学反应工程与工艺;1987年04期
3 林伟忠;唐新硕;金松寿;;脉冲色谱法研究反应物在催化剂表面吸附态的模型[J];石油化工;1987年07期
4 于庚涛;王广慧;;铬-磷催化剂烧炭动力学[J];石油化工;1987年01期
5 程昌瑞,何瑞德;合成甲醇新型合金催化剂的组成与结构特征[J];燃料化学学报;1988年01期
6 李琪;胡家臻;章炳根;汪庆椿;王学政;;DO—6催化剂组成结构与催化活性的关系[J];南京工业大学学报(自然科学版);1988年02期
7 王文祥;孙淑君;;含稀土氨合成催化剂还原的研究[J];化学学报;1988年02期
8 李春鸿;稀土元素在催化剂中的应用[J];稀土;1989年04期
9 房廉清,吴荣安,白玉珩,杨维慎,林励吾;Pt-Re-Sn-K/Al_2O_3系催化剂的穆斯堡尔谱研究[J];燃料化学学报;1989年02期
10 郭绪民,吴兴亚,丁跃东;载体和助剂对Mo-Ni催化剂表面酸度分布及催化性能的影响[J];燃料化学学报;1989年03期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 韩宁;陈运法;何颂贤;;GaAs纳米线的结构及性能与其合金催化剂组成的关系[A];第十四届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2016年
2 赵天生;张堃;Noritatsu Tsubaki;周岱;;低温甲醇合成催化剂的研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
3 朱红太;宋丽云;尹孟奇;何洪;李坚;邱文革;程杰;孙炎明;;Ce基SCR脱硝催化剂的耐硫性研究[A];第十一届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2018年
4 张华良;袁华;;乙二醇催化氨化合成乙二胺[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第九分会:有机化学[C];2016年
5 吴世华;韩东站;高峰;辛建华;张守民;黄唯平;;SMAI法制备树脂固载纳米钯低温CO氧化催化剂[A];中国化学会第12届反应性高分子(离子交换与吸附)学术研讨会会议论文摘要预印集(一)[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 姜志全;氧化铝薄膜表面的钼基模型催化剂的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 尚贞西;非贵金属复合物氧催化剂的制备及电化学性能研究[D];暨南大学;2018年
2 黄梅灵;碳化钛载Pd基纳米催化剂的制备及其对甲酸催化性能的研究[D];湖南大学;2017年
3 刘娜;高分散性和高热稳定性Au催化剂的控制合成及其在苯甲醇氧化反应中的性能研究[D];陕西师范大学;2017年
4 夏清清;三元铂基纳米催化剂的制备及其对乙醇氧化催化行为的研究[D];西南大学;2017年
5 Moraya Hussain Alqahtani;层状双金属氧化物催化葡萄糖制氢[D];北京化工大学;2017年
6 张稹;γ-FeOOH催化剂的制备及自催化脱除Fe~(2+)的研究[D];天津科技大学;2017年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026