【摘 要】
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当前世界正处于日新月异、科技发达的时代,各行各业在蓬勃发展的同时,都离不开交通运输作为载体支撑流通。随着交通运输为主的能耗在总能耗中的占比不断增加,传统能源资源短缺导致能源枯竭和碳排放量持续增加导致温室效应的问题愈发得到关注。在2035年达成燃料电池市场化是新能源汽车产业发展规划之一。而以氢为燃料的燃料电池被视为取代内燃机的最佳选择,由此氢能作为“未来能源”成为研究热点。因电解水为制氢的重要方式之
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当前世界正处于日新月异、科技发达的时代,各行各业在蓬勃发展的同时,都离不开交通运输作为载体支撑流通。随着交通运输为主的能耗在总能耗中的占比不断增加,传统能源资源短缺导致能源枯竭和碳排放量持续增加导致温室效应的问题愈发得到关注。在2035年达成燃料电池市场化是新能源汽车产业发展规划之一。而以氢为燃料的燃料电池被视为取代内燃机的最佳选择,由此氢能作为“未来能源”成为研究热点。因电解水为制氢的重要方式之一,引发研究者们探索相应的析氢和析氧反应催化剂,以达到降低能耗和加速反应的作用。当今市场所用大多为贵金属基材料,经济效益低且性能无法持久导致无法普及使用。因此研发低/非贵金属基催化剂至关重要。本论文设计了两种催化剂,分别是沸石咪唑骨架材料（ZIF-8）衍生的氮掺杂碳多孔结构限域超小铂原子/团簇结构作为析氢反应催化剂以及聚吡咯衍生的氮掺杂碳纳米管负载封装铁钴合金结构作为析氧反应催化剂。（1）通过水热法和原位离子交换法构筑ZIF-8纳米晶包覆的Zn O纳米棒阵列结构,可以提供大活性表面积,经过简单的浸渍吸附法和高温煅烧形成氮掺杂多孔碳限域铂原子/团簇的结构,利用铂的小尺寸效应、限域结构和氮掺杂的协同作用使得制备出的CTAs@Pt@NCBs样品具有优异的析氢反应催化性能。在酸性电解质中的η10为27.42 m V,低于商业Pt/C的36.43 m V,且具有较低的塔菲尔值37.5 m V dec-1,发生Volmer-Heyrovsky反应机制。经过计时电位法测试60 h后仍具有97.18%的电位保持率,表现出优异的稳定性。（2）以三氧化钼作为牺牲模板,利用化学氧化聚合吡咯形成聚吡咯均匀包覆在三氧化钼表面,再经过碱性刻蚀形成中空的聚吡咯纳米管作为铁钴合金的载体,不仅提供大面积的载体,还起到封装铁钴的作用。通过探究铁钴的不同摩尔量之比的样品,得出比例为1:1时具有最佳析氧反应催化性能的结论。得益于氮掺杂和封装结构,Fe0.5Co0.5/N-CNTs在碱性电解质中的η10为230 m V,低于商业Ru/C的490 m V,且拥有较低的塔菲尔值94.5 m V dec-1,经过计时电流法测试10 h后的电流保持率为73.17%,是商业Ru/C的5.09倍,展现出良好的稳定性。
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