碳基过渡金属纳米复合材料的设计及其氧还原性能的研究
发布时间：2023-05-03 18:49
燃料电池和金属-空气电池作为目前最有前途的清洁能源设备,可替代化石燃料以缓解能源危机和环境污染问题。作为阴极的关键反应,氧还原反应(ORR)需要贵金属催化剂(商业化Pt/C)来增强其缓慢的动力学过程。但是贵金属催化剂循环稳定性差,价格昂贵,地球储量有限,严重制约了基于Pt/C的能源设备的大规模商业化开发和应用。因此,设计高效稳定的廉价碳基催化剂以取代贵金属催化剂至关重要。本论文设计和研究了基于碳材料的过渡金属纳米复合材料ORR催化剂,包括过渡金属碳化物、氮化物、硫化物、磷化物和碳的复合材料,以及过渡金属单原子掺杂的碳材料。通过调控催化剂的导电性、比表面积、分级孔结构、缺陷和掺杂效应,来实现优异的ORR性能并应用于锌-空气电池。研究内容主要包括以下五个部分:1.通过巧妙的模板法制备了 Co9S8纳米粒子负载到N,S共掺杂的缺陷富集碳纳米管上(Co9S8/N,S-CNTs)。CdS纳米线牺牲模板可以在高温碳化过程中直接挥发除去。较大的Brunauer-Emmet-Teller(BET)比表面积(661.2 m2 g-1)和孔体积(1.49 cm3 g-1)可以极大地促进传质和暴露活性位点,...
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 能源存储和转换技术
1.2.1 燃料电池
1.2.2 金属-空气电池
1.2.3 锂离子电池
1.2.4 太阳能电池
1.3 氧还原反应的过程
1.4 影响氧还原的主要因素
1.5 碳基非贵金属氧还原催化剂
1.5.1 非金属碳材料
1.5.2 过渡金属掺杂的碳材料
1.5.2.1 过渡金属碳化物和碳的复合材料
1.5.2.2 过渡金属氮化物和碳的复合材料
1.5.2.3 过渡金属氧化物和碳的复合材料
1.5.2.4 过渡金属硫化物和碳的复合材料
1.5.2.5 过渡金属磷化物和碳的复合材料
1.5.2.6 过渡金属单原子掺杂的碳材料
1.6 本论文的选题思路和研究内容
第2章 Co9S8/N,S共掺杂的碳纳米管复合材料用于氧还原和氧析出
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂
2.2.2 样品制备
2.2.3 仪器与表征
2.2.4 电化学测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 基本表征
2.3.2 氧还原性能表征
2.3.3 氧析出性能表征
2.4 本章小结
第3章 Fe7C3@N掺杂的碳复合材料用于氧还原和锌-空气电池
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂
3.2.2 样品制备
3.2.3 仪器与表征
3.2.4 电化学测试
3.2.5 锌-空气电池测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 基本表征
3.3.2 氧还原性能表征
3.3.3 锌-空气电池性能
3.4 本章小结
第4章 Co4N@N掺杂的碳复合材料用于氧气双功能催化和锌-空气电池
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂
4.2.2 样品制备
4.2.3 仪器与表征
4.2.4 电化学测试
4.2.5 锌-空气电池测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 基本表征
4.3.2 氧还原和氧析出性能表征
4.3.3 锌-空气电池性能
4.4 本章小结
第5章 Fe2P/N,P共掺杂的碳复合材料用于氧还原和锌-空气电池
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验试剂
5.2.2 样品制备
5.2.3 仪器与表征
5.2.4 电化学测试
5.2.5 锌-空气电池测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 基本表征
5.3.2 氧还原性能表征
5.3.3 锌-空气电池性能
5.4 本章小结
第6章 Fe,Co双金属单原子的协同作用用于增强氧还原活性
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验试剂
6.2.2 样品制备
6.2.3 仪器与表征
6.2.4 电化学测试
6.2.5 理论计算
6.2.6 锌-空气电池测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 基本表征
6.3.2 氧还原性能表征
6.3.3 理论计算
6.3.4 锌-空气电池性能
6.4 本章小结
全文总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3807085
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 能源存储和转换技术
1.2.1 燃料电池
1.2.2 金属-空气电池
1.2.3 锂离子电池
1.2.4 太阳能电池
1.3 氧还原反应的过程
1.4 影响氧还原的主要因素
1.5 碳基非贵金属氧还原催化剂
1.5.1 非金属碳材料
1.5.2 过渡金属掺杂的碳材料
1.5.2.1 过渡金属碳化物和碳的复合材料
1.5.2.2 过渡金属氮化物和碳的复合材料
1.5.2.3 过渡金属氧化物和碳的复合材料
1.5.2.4 过渡金属硫化物和碳的复合材料
1.5.2.5 过渡金属磷化物和碳的复合材料
1.5.2.6 过渡金属单原子掺杂的碳材料
1.6 本论文的选题思路和研究内容
第2章 Co9S8/N,S共掺杂的碳纳米管复合材料用于氧还原和氧析出
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂
2.2.2 样品制备
2.2.3 仪器与表征
2.2.4 电化学测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 基本表征
2.3.2 氧还原性能表征
2.3.3 氧析出性能表征
2.4 本章小结
第3章 Fe7C3@N掺杂的碳复合材料用于氧还原和锌-空气电池
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂
3.2.2 样品制备
3.2.3 仪器与表征
3.2.4 电化学测试
3.2.5 锌-空气电池测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 基本表征
3.3.2 氧还原性能表征
3.3.3 锌-空气电池性能
3.4 本章小结
第4章 Co4N@N掺杂的碳复合材料用于氧气双功能催化和锌-空气电池
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂
4.2.2 样品制备
4.2.3 仪器与表征
4.2.4 电化学测试
4.2.5 锌-空气电池测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 基本表征
4.3.2 氧还原和氧析出性能表征
4.3.3 锌-空气电池性能
4.4 本章小结
第5章 Fe2P/N,P共掺杂的碳复合材料用于氧还原和锌-空气电池
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验试剂
5.2.2 样品制备
5.2.3 仪器与表征
5.2.4 电化学测试
5.2.5 锌-空气电池测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 基本表征
5.3.2 氧还原性能表征
5.3.3 锌-空气电池性能
5.4 本章小结
第6章 Fe,Co双金属单原子的协同作用用于增强氧还原活性
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验试剂
6.2.2 样品制备
6.2.3 仪器与表征
6.2.4 电化学测试
6.2.5 理论计算
6.2.6 锌-空气电池测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 基本表征
6.3.2 氧还原性能表征
6.3.3 理论计算
6.3.4 锌-空气电池性能
6.4 本章小结
全文总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3807085
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