Bottom-up法制备杂原子掺杂的碳纳米材料及其在氧还原反应中的作用

摘要

长期以来由于人类对化石燃料的过度使用，不可再生资源如煤、石油、天然气等能源将被消耗殆尽。目前，持续增长的全球能源需求与化石燃料燃烧造成的环境污染问题增强了人们的环境保护意识，世界各地均将视野聚焦在如何解决能源安全与环境可持续发展的问题上。在过去的二十年中，人们在发展创新能源技术领域做出了大量的尝试。燃料电池作为一种最具潜力的新型能源装置，其具有环保、转化效率较高等优点而备受亲睐。阴极氧气还原反应(ORR)作为电化学电池的主要反应，是决定电池燃料利用率的关键。目前阴极催化剂主要为铂催化剂，缺点是价格昂贵和稳定性差。因此，急需制备出一种成本低、催化性能优异的催化剂来替代铂基催化剂。
　　本研究采用一步高温热解法，制备了 N/S掺杂碳纳米材料N-S-C，XRD、SEM、TEM和XPS等测试证明了N和S成功掺杂到碳结构中。并用LSV、CV、RRDE和i-t等电化学测试表明了900℃高温热解得到的催化剂N-S-C900在酸性和碱性电解液中均表现出较好的氧还原催化活性。结果证实，相比S-C900，少量氮原子掺杂的碳材料N-S-C900具有较优异的催化活性，同时，N-S-C900具有很好的稳定性和抗甲醇性能；采用溶剂热法合成碳前驱体聚二乙烯基苯(PDVB)，然后与尿素进行吸附共混，高温热解制备了氮掺杂的碳纳米材料C-PDVB-N。并利用CV、LSV、RRDE和 i-t等测试证明了氮掺杂碳纳米材料在碱性溶液中表现出了较高的氧还原催化活性、良好的稳定性以及抗甲醇性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2燃料电池概述

1.3燃料电池的分类

1.4直接甲醇燃料电池

1.5直接甲醇燃料电池阴极催化剂

1.6无金属杂原子掺杂多孔碳纳米材料催化剂的研究进展

1.7本课题的意义和内容

第二章实验材料与表征方法

2.1实验部分

2.2实验表征方法

第三章 氮硫双掺的多孔碳材料(N-S-C)在碱性和酸性电解液中作为高效的氧还原电催化剂

引言

3.1实验部分

3.2结果与讨论

3.3小结

第四章 氮掺杂的碳材料(C-PDVB-N)在碱性电解液中作为氧还原电催化剂

引言

4.1实验部分

4.2结果与讨论

4.3小结

第五章 结论

致谢

参考文献

附录