钛氧化物载体催化剂的制备及空气电极电化学性能的研究

摘要

空气电极是空气电池的主要组成部分，组成催化剂的类型决定了氧还原和析出反应的历程。本论文以Ti4O7及TiO2纳米管为载体，分别制备了负载过渡金属氧化物催化剂，并以XRD、SEM对所制备催化剂的组成及形貌进行分析，然后将催化剂制成空气电极，并测试其CV曲线、极化曲线、充放电循环特性等电化学性能，系统地研究了钛氧化物空气电极催化剂的制备及电极性能。
　　催化剂制备方法以浸渍法及沉淀法为主，分别制备了Co3O4/Ti4O7、Fe2O3/Ti4O7、MnO2/Ti4O7催化剂。通过ICP分析、XRD及SEM表征发现两种制备方法均得到负载型催化剂，其中沉淀法包覆效果明显，但氧化物略有团聚，而浸渍法分散均匀。测试电化学性能发现，负载过渡金属氧化物后电极极化增大，氧析出电位降低。Ti4O7负载Fe2O3和MnO2，降低了氧还原反应过电位，有利于氧的四电子还原过程。特别是MnO2/Ti4O7催化剂的氧还原峰起始电位正移到0.13V附近，且其氧还原反应的电流密度大于Fe2O3/Ti4O7和Ti4O7催化剂。以上几种催化剂组装成二次金属氢化物-空气电池测试发现，较小电流密度下，MnO2/Ti4O7催化剂电极放电电压较高;较大电流密度下，Co3O4/Ti4O7催化剂占优势。
　　用水热法合成TiO2纳米管后，以浸渍法制备得到Co3O4/TiO2、MnO2/TiO2催化剂，金属氧化物在TiO2表面的负载量约为Ti4O7的两倍。两种过渡金属氧化物负载催化剂均具备氧还原-析出能力，Co3O4/TiO2催化剂电极的放电反应主要以较理想的直接四电子过程进行，对氧还原-析出反应具有很好的双功能作用。

目录

声明

摘要

前言

1．1 空气电池简介

1．2 空气电极

1．2．1 空气电极的发展历程

1．2．2 空气电极结构

1．2．3 工作原理

1．2．4 空气电池催化剂的类型

1．2．5 空气电极制备工艺

1．3 选题依据

1．3．1 立题背景

1．3．2 课题研究内容

1．3．3 课题的可行性

1．3．4 课题研究意义

1．3．5 课题的创新点

第二章 Ti4O7负载型催化剂的制备及研究

2．1 引言

2．2 实验及测试方法

2．2．1 实验仪器与试剂

2．2．2 催化剂的制备

2．2．3 空气电极的制备

2．2．4 催化剂的表征

2．2．5 电化学性能的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 催化剂物相及形貌

2．3．2 电化学性能分析

2．4 小结

第三章 TiO2系列催化剂的制备与研究

3．1 引言

3．2 实验与测试

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 催化剂的制备

3．2．3 空气电极的制备

3．2．4 催化剂的表征

3．2．5 电极电化学性能的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂物相与形貌

3．3．2 电化学性能分析

3．4 小结

第四章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表论文