钴、铁金属氧化物/石墨烯复合材料的制备及氧催化还原性能研究

摘要

燃料电池在当今社会的发展中占据着重要的地位。以铂（Pt）为主的贵金属材料是燃料电池阴极上氧催化还原反应（ORR）理想的催化剂。但是由于贵金属高昂的价格和稀有的存储量限制了其作为催化剂的应用。因此为了克服缓慢的氧催化还原（ORR）反应过程，开发低成本、耐用、高效催化剂替代昂贵的稀有贵金属（如Pt、Au、Pd）催化剂是很有必要的。本论文以石墨烯为基底，在多层石墨烯上负载钴、铁金属氧化物制备纳米复合材料，并对纳米材料微观结构和电化学性能的表征。
　　论文采用水热合成法制备了钴氧化物/多层石墨烯复合材料，研究了不同钴前驱体添加量对钴氧化物/石墨烯纳米材料性能的影响。对样品进行的微结构表征表明随着钴反应前驱体的增加，在石墨烯表面获得了不同分布密度和形貌的Co3O4纳米颗粒，Co3O4纳米颗粒的粒径大小在4nm左右。对样品的氧催化还原性能进行的测试表明当四氧化三钴加入量为99.9mg时，其氧催化还原能力最强，样品的起始电压为-0.18V（vs Ag/AgCl），电子转移数可以达到3.87，已接近铂纳米颗粒。
　　论文采用水热合成法制备了铁氧化物/多层石墨烯复合材料。研究了不同铁前驱体添加量对铁氧化物/石墨烯纳米材料性能的影响。对样品进行的微观结构的表征表明随着铁反应前驱体的增加，在石墨烯表明获得了不同分布密度和形貌的铁氧化物纳米颗粒铁氧化物纳米颗粒的粒径大小为5nm。对样品进行的氧催化还原性能测试结果表明：当氯化亚铁加入量为60mg时，样品的氧催化还原能力最强。样品的起始电压为-0.31V（vs Ag/AgCl）。电子转移数可以达到3.79。
　　论文采用水热法制备了钴铁双金属氧化物/多层石墨烯纳米复合材料，研究了在不同反应时间对钴铁双金属氧化物/石墨烯纳米材料性能的影响。制备得到的纳米复合材料为多层石墨烯和钴铁纳米颗粒两种物质，复合材料的结构为片层石墨烯和金属纳米颗粒。当反应时间为1小时时为片层的钴铁双金属氧化物，平均的片层厚度为8nm。随着反应时间的增加，在片层的周围会出现颗粒状的氧化物。通过对样品进行电化学测试得到如下结论：反应时间为10小时时，样品的起始电压为-0.38V（vs Ag/AgCl），氧还原过程中的电子转移数3.85。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2过渡金属氧化物/石墨烯的氧电催化还原性能的研究进展

1.3电化学性能测试方法

1.4实验装置

1.5本论文研究目的及研究内容

第2章 实验方法

2.1引言

2.2实验材料及仪器设备

2.3材料的微观结构表征

2.4电化学测试

第3章 四氧化三钴/石墨烯的制备及氧还原性能的研究

3.1引言

3.2四氧化三钴/多层石墨烯复合材料的制备及表征

3.3四氧化三钴/石墨烯复合材料的表征

3.4四氧化三钴/多层石墨烯复合材料的物相分析

3.5四氧化三钴/多层石墨烯复合材料的电化学性能分析

3.6 本章小结

第4章 铁氧化物/多层石墨烯的制备及氧还原性能研究

4.1引言

4.2铁氧化物/多层石墨烯复合材料的制备及表征

4.3铁氧化物/多层石墨烯复合材料的XRD

4.4铁氧化物/多层石墨烯复合材料的氧催化还原性能分析

4.6 本章小结

第5章 钴铁双金属氧化物/石墨烯的制备及氧催化还原性能研究

5.1引言

5.2钴铁双金属氧化物/石墨烯复合材料的制备及表征

5.3钴铁氧化物/多层石墨烯复合材料的物相分析

5.4钴、铁氧化物/多层石墨烯复合材料的氧催化还原性能分析

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录