碳基氧电极的制备及其在碱性溶液中的电化学性能研究

摘要

该文在全面综述国内外燃料电池和氧电极研究进展的基础上,采用SEM、XRD、TPD、TG、N2吸附等材料分析测试手段和线性极化、循环伏安、电化学阻抗谱等电化学实验方法对碱性溶液中活性碳(AC)和多壁纳米碳管(MWNTs)氧电极的电化学性能和氧在MWNTs表面的电化学还原行为进行了研究.该文在第三章中首先从基础工艺入手,研究了催化层和防水层组成、导电骨架等制备条件地氧气扩散电极性能的影响,为后续工作打好基础.在第四章中采N2吸附和TPD法详细研究了硝酸氧化和空气氧化处理对活性碳孔结构和表面化学性质的影响,考察了活性碳性质与气体扩散电极性能之间的关系.在第五章中,采用循环伏安法研究了碱性溶液中溶解氧在纳米碳管和石墨表面的电化学还原行为.第六章中采用线性极化和电化学阻抗谱法研究了纳米碳管氧气扩散电极的极化行为.在第七章中采用碳还原KMnO4的方法制成碳载锰氧化物(MnOx/C),并对其电化学活性和氧还原催化活性进行了研究.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1燃料电池简介

1.1.1燃料电池的发展状况

1.1.2燃料电池的分类

1.1.3燃料电池工作原理与放电特性

1.2氧电极的研究进展

1.2.1氧还原反应

1.2.2气体扩散电极简介

1.2.3氧还原电催化剂的研究进展

1.3论文选题与目的

参考文献

第二章实验内容与测试方法

2.1化学药品

2.2仪器

2.3测试方法

2.3.1红外光谱表征

2.3.2 BET及孔性能测试

2.3.3 TPD研究

2.3.4 TG/DTA测试

2.3.5 X射线衍射分析

2.3.6扫描电镜表面形貌观察

2.3.7电化学性能测试

第三章制备条件对气体扩散电极性能的影响

3.1实验部分

3.1.1主要原料

3.1.2电化学测试

3.2结果与讨论

3.2.1电位扫描速度对极化曲线的影响

3.2.2导电骨架对电极性能的影响

3.2.3防水层碳材料的选择

3.2.4防水层PTFE含量的影响

3.2.5防水层造孔剂添加量的影响

3.2.6催化层造孔剂添加量的影响

3.2.7催化层PTFE含量的影响

3.2.8优化条件下制得的氧电极稳定性研究

3.3本章小结

参考文献

第四章活性碳性质对氧气扩散电极性能的影响

4.1实验部分

4.1.1活性碳的预处理

4.1.2电化学性能测试

4.2结果与讨论

4.2.1活性碳的孔结构与表面化学性质

4.2.2活性碳气体扩散电极的电化学性能研究

4.3本章小结

参考文献

第五章氧在纳米碳管电极上的电催化还原

5.1实验部分

5.1.1 MWNTs预处理

5.1.2电化学测试

5.2结果与讨论

5.2.1 MWNTs的热分析

5.2.2 MWNTs的BET表面积和孔结构

5.2.3 MWNTs的XRD分析

5.2.4 MWNTs的FTIR分析

5.2.5 MWNTs氧电极的电化学行为研究

5.3本章小结

参考文献

第六章纳米碳管氧气扩散电极的电化学性能研究

6.1实验部分

6.1.1主要原料

6.1.2电化学测试

6.2结果与讨论

6.2.1碳材料的物理性质

6.2.2纳米碳管气体扩散电极的电化学性能

6.2.3催化层中纳米碳管/活性碳比例对氧电极电化学性能的影响

6.3本章小结

参考文献

第七章碳载锰氧化物的制备及其电催化性能研究

7.1实验部分

7.1.1主要原料

7.1.2 MnOx/C的制备

7.1.3 MnOx的化学分析

7.1.4 MnOx/C催化分解H2O2测试

7.1.5电化学测试

7.2结果与讨论

7.2.1 MnOx/C的物理性质

7.2.2 MnOx/C电极的电化学性能

7.2.3 MnOx/C催化分解H2O2性能研究

7.3本章小结

参考文献

第八章总结

攻读博士学位期间发表的论文

致谢