【摘 要】
：
燃料电池因其能量效率高和环保等优点受到人们的关注,其面临的主要挑战是氧还原反应（ORR）动力学缓慢。Pt基催化剂因稀缺昂贵等问题制约了其商业化应用,因此需开发高效和耐久性良好的催化剂来取代Pt。静电纺丝制备的碳纳米纤维具备的优异导电性和柔韧性有利于提高其催化性能,而且它能够引入大量的孔结构,有利于调整电荷分布增强其传质能力。本论文以静电纺丝为制备方法,通过合理设计得到多孔结构的高效催化剂,为新型氧
论文部分内容阅读
燃料电池因其能量效率高和环保等优点受到人们的关注,其面临的主要挑战是氧还原反应（ORR）动力学缓慢。Pt基催化剂因稀缺昂贵等问题制约了其商业化应用,因此需开发高效和耐久性良好的催化剂来取代Pt。静电纺丝制备的碳纳米纤维具备的优异导电性和柔韧性有利于提高其催化性能,而且它能够引入大量的孔结构,有利于调整电荷分布增强其传质能力。本论文以静电纺丝为制备方法,通过合理设计得到多孔结构的高效催化剂,为新型氧还原催化剂材料提供了一种很好的合成方案。本文主要内容如下:（1）静电纺丝构筑三维多孔高活性氧还原催化剂。采用静电纺丝共掺杂ZIF和聚丙烯腈（PAN）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）双聚合物制备了复合纳米纤维,并通过预氧化碳化形成了多级孔结构碳基催化剂,探索了其化学组成、结构等与其电催化活性间的构效关系。对金属含量和氨气活化时间进行了调控得到性能最优的Fe-N-CNFs催化剂,其在0.1 M高氯酸电解质溶液Fe-N-CNFs的半波电势为0.78 V,在经过30000 s的恒电压计时安培测试后依旧保持近90%的活性,并且经过5000循环后Fe-N-CNFs的半波电势仅仅衰减14 m V,说明Fe-N-CNFs具有良好的稳定性。此外,在H2-O2燃料电池具有0.95 V的开路电压和和620 m W cm-2峰值功率密度,并且在H2-air的燃料电池中也具有良好的长期稳定性。（2）静电纺丝构造分级结构的高耐久性催化剂。通过简单、绿色方法来制备多孔的Fe Co-F/N-CNFs催化剂,PTFE颗粒作为造孔剂,在碳纳米纤维上形成了有序的大孔,不仅为电子/离子转移提供了有效、快速的途径,还吸收更多的O2中间体,使其与电活性中心充分接触,从而实现有效的4e-转移。此外PTFE可以提供高电负性的F原子,防止ORR过程中金属浸出,增加金属离子的正电荷密度,从而提高其氧还原性能。通过对金属含量和碳化温度进行优化得到了最佳的Fe Co-N/F-CNFs催化剂,在0.1 M氢氧化钾该催化剂的半波电势（0.85 V）可与商用的铂碳（0.86V）相媲美。F的掺杂增加了活性位点附近的疏水性,防止长期循环过程中碳的腐蚀,经过50000 s测试后其活性依旧保持83.3%,而20%Pt/C经过50000 s后其活性衰减到了54.2%,说明Fe Co-F/N-CNFs催化剂具有良好的稳定性。
其他文献
在当今世界严重能源短缺和环境污染的大前提下,燃料电池因为其在能量补给和清洁能源利用方面的巨大优势而受到广泛关注,但由于阴极氧还原反应（ORR）的动力学缓慢,使得燃料电池的商业化发展和大规模普及受到了巨大限制。目前主要采用以铂为首的贵金属催化剂来提高燃料电池的氧还原反应速率,但同样也面临昂贵的成本以及较低的储量等问题,为此需要开发廉价且性能优异的氧还原催化剂。针对以上问题,主流的研究方向分为两种,一
甲醇脱氢制氢气及丙烷脱氢制取丙烯均是化工生产中的重要反应。对其的研究主要集中在纯的贵金属催化方面,但是贵金属催化剂存在资源短缺、价格昂贵的缺点,因此大范围使用纯的贵金属催化剂并不现实,所以在纯贵金属的基础上,通过结构改造开发设计同时具有较高选择性和活性的催化剂尤为重要。本论文基于密度泛函理论（DFT）,通过负载贵金属、构筑缺陷位和引入非金属元素等方式,构筑了含缺陷的Pt单原子催化剂和RuxPy化合
自20世纪以来,随科技的发展、工业生产规模的扩大以及人口数量的持续增长,人类已消耗了大量不可再生的化石能源,并造成了越来越严重的环境污染和气候变化危机,开展化石能源的替代研究已刻不容缓并成为了各国科技开发的重点之一。氢气由于具有热值高、无污染和易制取等优点而受到了广泛的关注,在世界上具有重要影响力的国家纷纷将氢能作为未来发展的重点。目前,电解水是最有希望实现利用清洁能源工业化制氢的技术之一。电解水
氮掺杂石墨烯（NDG）电催化剂对氧还原反应（ORR）以及氧析出反应（OER）具有出色的催化性能,有望接替贵金属催化剂。但不同报道中具体材料的形貌以及反应条件存在差异,无法说明优势氮原子是何种构型。本论文发挥计算模拟在变量控制以及本征性质计算方面的优越性,对石墨氮（GN）、吡啶氮（PDN）以及吡咯氮（PRN）掺杂的NDG模型进行研究,阐明PDN为最佳构型,为合理设计NDG提供理论支撑,从理论层面揭示
随着经济的快速发展,对橡胶性能的要求也日益提升。为了满足对橡胶材料性能的高要求,需要将一种或多种填料补强到橡胶基体中,以此提高其性能。层状粘土作为二维纳米填料具有较大的长径比,可有效提高橡胶的机械性能、阻燃性能、气体阻隔性能和耐老化性能等性能。但层状粘土属于无机填料,且具有较多羟基,导致其在橡胶中的分散较差。为了提高层状粘土的分散性,制备具有优异力学性能的橡胶复合材料,选用山梨酸（SA）对层状粘土
润滑油脂在使用过程中,受热、光影响会发生氧化,导致性能下降,甚至会腐蚀金属器件或损坏设备。延缓和抑制氧化的解决办法是添加抗氧化剂,抗氧化剂具有重要的商业使用价值,但是抗氧化剂的研究当前存在一些问题和挑战:（1）常用抗氧化剂都属于有机物,存在明显缺点:酚类抗氧剂的热稳定性差;胺类抗氧剂的毒性大、成本高、易变色;二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）抗氧化剂有严重的磷和硫污染;杂环抗氧化剂价格昂贵。（2）多数
在全球碳中和的背景下,开展以可再生能源驱动的光催化CO2还原研究具有重要意义。然而,由于CO2具有较高的C=O键能且水氧化半反应动力学速率缓慢,导致该过程效率较低,限制了实际应用。近年来,研究者们采用三乙醇胺为代表的空穴牺牲剂,通过消耗更多的空穴,在加快氧化动力学速率的前提下,提高了CO2的还原效率。然而,空穴牺牲剂的氧化产物附加值较低,造成了空穴氧化能的浪费。5-羟甲基糠醛（5-HMF）作为一类
阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）又称碱性膜燃料电池,具有氧还原动力学快,能使用非贵金属催化剂等优点。然而,作为其核心部件之一的阴离子交换膜（AEMs）,仍面临一系列亟待解决的问题,如离子传导率不高,耐碱性差等。因此,开发出具有优异性能的阴离子交换膜是AEMFCs投入商业使用的必要前提。基于这些问题,为平衡AEMs离子传导率、碱稳定性以及尺寸稳定性等性能,进行了如下探索:1.聚苯醚（PPO）负载
＜正＞2023年全国学前教育宣传月的主题是“倾听儿童相伴成长”，在宣传月启动前夕，我和同事们带着对课程探究的期待与困惑，走进中华女子学院附属实验幼儿园，体验幼儿心中的“花草园”，近距离感受花草园的芬芳。在花草园，倾听无处不在。短短两天的跟岗，我倾听着花草园的“呼吸”，找到了许多触动心灵的“连接”。