生物质碳基燃料电池催化剂的制备及电催化性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:moyan905254131
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近年来,能源短缺的问题十分突出,为了应对接踵而来的各种问题,世界各国将新能源的开发与应用作为发展的重点,燃料电池汽车也因此迅速发展。催化剂在燃料电池中占据着核心的位置,其活性与燃料电池的性能有着直接的关系,提高催化剂材料的孔洞缺陷和杂原子缺陷是增加活性位点的有效途径,能够提升电催化活性,进而改善燃料电池的性能。在此基础上,本文选用生物质废纸为原料,设计制备出生物质多孔碳,在氧还原反应(ORR)中,生物质多孔碳催化效果显著且稳定性良好。本文取得的主要研究结果如下:以生物质废纸为原料,用高浓度的Zn Cl2溶液作为离子液溶解预处理,部分溶解生物质废纸中的纤维素,得到富有弹性的生物质胶,随后对生物质胶进行高温碳化,获得生物质多孔碳。通过调节离子液的浓度,碳化温度,探究最佳实验条件。实验结果显示,在800℃的碳化温度下得到的生物质多孔碳具有明显的优势,包括较大的比表面积(1290.4559 m2/g),较高的电催化活性。电催化效果具体的表现如下:起始电位(Eonset)的数值为0.89V,半波电位(E1/2)的数值为0.80V,展现出的稳定性也较高。为了探究氮原子掺杂对生物质多孔碳电催化活性的影响,在上述实验的基础上,选择高浓度的Zn Cl2溶液作为离子液,NH4Cl、尿素分别作为氮源,制备出氮掺杂的生物质多孔碳。实验结果表明,当分别掺杂浓度为0.5mol/L的NH4Cl和尿素时,制备出样品NHWPC-0.5-800,NAWPC-0.5-800,其电催化活性在原有的基础上得到了提升。NHWPC-0.5-800的起始电位达到了0.90V,半波电位达到了0.82V,NAWPC-0.5-800的起始电位和半波电位分别达到了0.91V和0.84V。最后,采用Na OH/尿素溶液作为离子液,探究Na OH、尿素以及生物质废纸在不同质量比例的条件下,生物质多孔碳的ORR电催化活性。当质量比例为7:12:7时,该生物质多孔碳的比表面积达到了2,446.5373m2/g,在氧还原反应(ORR)过程中,电催化的效率高,起始电位(Eonset)和半波电位(E1/2)分别达到了0.84V和0.75V。
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