质子交换膜燃料电池阴极FeNS/C催化剂氧还原性能的研究

发布时间：2023-08-09 19:06

　　燃料电池是一种环保、高效的可移动能源发电装置。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为燃料电池的重要代表之一,因具有工作温度低、启动速度快、操作方便、使用寿命长、能量转换效率高等优点,在交通、军事等方面展现出广阔的应用前景。但目前该电池的商业规模化发展受到了诸多因素的阻碍。其中,使用大量的稀有贵金属Pt作为阴极氧还原催化剂导致的高制作成本问题,就是制约PEMFC推广与应用的重要因素之一。因此,为了促进PEMFC的进一步发展,我们急需找到一种氧还原(ORR)性能优越的廉价非贵金属催化剂以取代Pt基催化剂,降低Pt的损耗。多年的研究发现,FeN/C类催化剂表现的氧还原催化性能较好,是最具有开发潜力的非贵金属电催化材料之一。但该类催化剂在强酸环境下的活性与稳定性较差。近年,杂原子(B、N、P,S和F等)掺杂碳基材料制备出了诸多ORR性能优异的电催化剂。其原理是利用杂原子与碳原子电负性的不同,通过掺杂对碳材料的表面电子结构进行调控,进而改变催化剂的电催化性能。由于S独特的原子结构,以及N、S之间较强的协同效应,N、S共掺杂碳基催化剂通常表现出比其他杂原子掺杂材料更加优异的氧还原活性。最近,N、S共...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 质子交换膜燃料电池简介
        1.2.1 PEMFC的工作原理
        1.2.2 PEMFC的阴极氧还原过程
    1.3 质子交换膜燃料电池阴极氧还原催化剂
        1.3.1 贵金属催化剂
        1.3.2 非贵金属催化剂
        1.3.3 非金属催化剂
    1.4 本论文的研究目的、意义及研究内容
        1.4.1 论文的研究目的与意义
        1.4.2 论文的研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验药品与仪器
    2.2 催化剂的制备
        2.2.1 不同硫源及其含量制备的催化剂
        2.2.2 不同热处理条件制备的催化剂
        2.2.3 不同氮含量制备的催化剂
    2.3 催化剂的电化学表征
        2.3.1 浆液的配制
        2.3.2 工作电极的制备
        2.3.3 电化学测试
    2.4 催化剂的物相表征
        2.4.1 氮气的等温吸脱附法测试(BET)
        2.4.2 热重分析(TGA)
        2.4.3 X-射线衍射谱分析(XRD)
        2.4.4 透射电子显微镜分析(TEM)
第三章 催化剂前驱体中硫源对催化剂氧还原活性的影响
    3.1 引言
    3.2 硫源对催化剂的影响
        3.2.1 硫含量对催化剂氧还原活性的影响
        3.2.2 硫源类型对催化剂氧还原活性的影响
        3.2.3 二次热处理对催化剂氧还原活性的影响
    3.3 本章小结
第四章 催化剂前驱体中氮源对催化剂氧还原活性与稳定性的影响
    4.1 引言
    4.2 氮源含量对催化剂氧还原活性的影响
    4.3 催化剂的稳定性初探
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
附录



本文编号：3840787