稻壳制备氮杂炭及其催化性能研究

摘要

当今世界，能源正在被大量消耗，并且部分资源没有得到合理的利用。我们需要探索出更多的新型材料来替代传统的资源。燃料电池正在被广泛的使用，然而其中贵金属铂的大量使用，是阻碍其更好地发展的关键因素，所以需要探索出一种廉价、简单、高效和易得的绿色催化剂来替代它。目前的研究方向为非贵金属催化剂研究，目的是为了找出替代Pt电极的电催化剂，研究发现氮杂炭是非常理想的替代材料，因为氮杂炭具有催化活性高、成本低廉、绿色环保等特点，所以它有很大的优势从而取代Pt催化剂，并且可以运用到实际中去。 氮杂炭材料的介孔非常有序，孔道结构非常规整以及具有非常高的比表面积，而且原料易得，操作简便，节约能源，从而受到社会上的大量的关注。本论文中，我们利用稻壳制备了木质素炭源和炭球炭源，还以粉末状稻壳炭为炭源制备了氮杂炭包钴催化剂，其不仅在还原对硝基苯胺方面具有良好的催化性能，在燃料电池氧还原反应方面也具有良好的效果。 探究了不同HC1浓度和不同水热温度对生成稻壳炭的影响。以稻壳为原料，使用不同浓度的HC1在不同水热温度下进行实验，找到令稻壳既能水解，又不炭化的最佳反应条件，制得稻壳渣和碳水化合物母液，然后再分别经过水热处理，得到两种不同的炭源。 我们采用一种新颖的方法制备了氮杂炭包钴催化剂，该方法是以稻壳为原料，使其与三聚氰胺、草酸和硝酸钴的加热混合来制备不同比例的草酸钴三聚氰胺前驱体作，然后对前驱体在800℃下升温活化制备氮杂炭包钴催化剂，其在还原对硝基苯胺的催化降解方面具有非常好的效果。 我们知道，电化学析氢反应(HER)、析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)最终都是为燃料电池做准备的。由稻壳和三聚氰胺等制备的氮杂炭包钴催化剂在电化学氧还原反应领域有着非常好的应用。氮杂炭包钴催化剂是很好的氧还原反应催化材料，可以用在燃料电池的研究上，尤其是在近年来燃料电池备受关注的情况下，大力发展由稻壳制备的氮杂炭催化剂具有非常深远的意义。 我们还研究了通过水热法合成在不锈钢网格上生长的Ni掺杂MoS2纳米片，通过一系列的分析表征我们发现:使用低成本的不锈钢网作为电解水用的电催化剂的基质是可行的，在碱性介质中表现出了优异的HER性能，可以用于开发电解水的高性能双功能电催化剂。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2非贵金属催化剂

1．2．1过渡金属氧化物催化剂

1．2．2非金属催化剂

1．2．3含过渡金属的氮杂炭材料催化剂

1．3氮杂炭材料的介绍和应用

1．3．1氮杂炭材料

1．3．2氮杂炭纳米材料

1．3．3氮杂炭材料在吸附上的运用

1．4催化剂的介绍和应用

1．4．1催化剂的原理

1．4．2非均相催化中氮杂炭催化剂的作用

1．4．3催化剂在还原对硝基苯胺的催化作用

1．4．4催化剂在电解水中的运用

1．5本论文研究内容和选题意义

第二章利用稻壳为原料通过不同途径制备两种炭源

2．1前言

2．2实验部分

2．2．1实验药品与仪器

2．2．2控制盐酸浓度对水热反应的影响

2．2．3控制加热温度对水热反应的影响

2．2．4两种炭源的制备

2．3结果和讨论

2．3．1 HCl浓度对稻壳水解的影响

2．3．2反应温度对稻壳水解的影响

2．3．3两种炭源的表征

2．4本章小结

第三章利用稻壳制备氮杂炭及其在还原对硝基苯胺方面的催化性能研究

3．1前言

3．2实验部分

3．2．1不同比例的草酸钴三聚氰胺前躯体的合成及催化剂的制备

3．2．2还原对硝基苯胺的催化降解实验

3．3结果和讨论

3．3．1草酸钴三聚氰胺前躯体结果分析

3．3．2氮杂炭包钴催化剂的扫描电镜(SEM)分析

3．3．3氮杂炭包钴催化剂还原对硝基苯胺的实验分析

3．4本章小结

第四章利用稻壳制备氮杂炭及其作为燃料电池氧还原反应催化剂性能研究

4．1前言

4．2实验部分

4．2．1氮杂炭包钴催化剂的制备

4．2．2电化学氧还原反应测试

4．3结果和讨论

4．3．1物理表征

4．3．2电化学氧还原反应测试

4．4本章小结

第五章生长在不锈钢网上的硫和镍共掺杂硫化钼纳米片及其电化学催化性能研究

5．1前言

5．2实验方法

5．3结果与讨论

5．3．1通过两电极体系确定材料的最佳配比

5．3．2通过研究三电极体系，确定材料的HER性能

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢