银基生物碳复合材料在电催化中的应用研究

摘要

随着人类社会的发展和人们生活水平的不断提高，能源短缺已经成为人类社会面对的重要问题之一。石油、煤和天然气等传统能源储量有限，燃烧后对环境造成很大的污染。因此，开发高能量密度，对环境污染小的新型能源成为国内外学者研究的重点。
　　金属-空气电池具有能量效率高、对环境无污染等特点，成为了新能源领域的热点研究方向。目前，最常用的是商业铂碳催化剂。但是由于贵金属铂的储量很少，价格昂贵，稳定性比较差，是燃料电池和金属-空气电池规模化应用的最大阻碍。金属-生物碳复合材料具有高的氧还原催化活性、碱性溶液中稳定等优点，通常被用来替代贵重金属催化剂。因此，本文将生物碳与金属复合作为催化剂材料，改善了物质和离子传导性能，提高其导电性，且生物碳和金属具有协同效应，大大提高了其催化活性，主要内容如下：
　　（1）以硝酸银和豆浆为原料，采用水热法、生物碳自还原和高温退火法成功制备出银-豆浆碳复合材料。随后用氢氧化钾对其进行活化，进一步提高其电催化性能。经过电化学测试，当AgNO3的添加量为0.1M（10ml），退火温度为900℃时，样品与KOH质量比为1：4，制备出的纳米催化剂C-N/Ag-900-K有着良好的电催化氧还原活性和锌-空气电池放电性能，转移电子数为4，是典型的四电子反应过程，接近于商业铂碳催化剂，且稳定性和抗甲醇性能明显好于商业铂碳催化剂。
　　（2）以硝酸银和卤虫卵壳为原料，采用水热法，生物碳自还原和高温退火法成功制备出银-卤虫卵壳碳复合材料。随后用氢氧化钾对其进行活化，进一步提高其电催化性能。经过电化学测试，当AgNO3的添加量为75mM（20ml），退火温度为900℃时，样品与KOH质量比为1：4，制备出的纳米催化剂HPC/Ag-2有着良好的电催化氧还原活性和锌-空气电池放电性能，转移电子数3.93，是典型的四电子反应，接近于商业铂碳催化剂，且稳定性和抗甲醇性能明显好于商业铂碳催化剂。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1选题背景及意义

1.2金属-空气电池概述

1.3氧还原电催化剂研究近况

1.4本文主要研究目的和内容

第2章 实验部分

2.1 实验药品及仪器

2.2复合材料的制备、表征及电催化测试方法

2.3催化剂的物理表征方法

2.4催化剂的电化学表征方法

2.5锌-空气电池

第3章 银-豆浆碳复合材料的电催化性能研究

3.1 引言

3.2 银-豆浆碳复合材料的物理表征

3.3 银-豆浆碳复合材料的电化学性能

3.4 银-豆浆碳复合材料的氧还原机理

3.5 银-豆浆碳复合材料在锌-空气电池中的应用

3.6 本章小结

第4章 银-卤虫卵壳碳复合材料的电催化性能研究

4.1 引言

4.2 银-卤虫卵壳碳复合材料的物理表征

4.3 银-卤虫卵壳碳复合材料的电化学性能

4.4 银-卤虫卵壳碳复合材料的氧还原机理

4.5 银-卤虫卵壳碳复合材料在锌-空气电池中的应用

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢