【摘 要】
：
金属-空气电池由于具有较高的能量转换效率、理论能量密度高及清洁无污染等优点,具有很大的发展前景。氧析出(OER)反应以及氧还原(ORR)反应是金属空气电池、燃料电池等可再生能源技术的阴极核心反应。研究发现OER与ORR反应其本质上来说其动力学是非常缓慢的,因而限制了电池的效率。目前研究的迫切任务是找到对OER和ORR反应具有催化效率的阴极电极催化剂。目前为止,Pt及其合金是目前催化效果最好的ORR
论文部分内容阅读
金属-空气电池由于具有较高的能量转换效率、理论能量密度高及清洁无污染等优点,具有很大的发展前景。氧析出（OER）反应以及氧还原（ORR）反应是金属空气电池、燃料电池等可再生能源技术的阴极核心反应。研究发现OER与ORR反应其本质上来说其动力学是非常缓慢的,因而限制了电池的效率。目前研究的迫切任务是找到对OER和ORR反应具有催化效率的阴极电极催化剂。目前为止,Pt及其合金是目前催化效果最好的ORR反应催化剂,但是作为贵金属它的价格非常昂贵,直接导致了电池的生产成本很高,不利于推广。其次,它的催化稳定性低、储量小。相反,金属氧化物如Ru O2和Ir O2电催化剂具有非凡的OER活性,但是他们的ORR活性较差。这些材料的性能局限性、高成本和稀缺性严重限制了它们在实际开发中的应用。所以,寻找一种可以替代贵金属基催化剂且具有较好催化活性、较高稳定性以及成本较低的催化剂是目前燃料电池和金属-空气电池研究的重点。钙钛矿材料的诸多特点使其在电催化领域具有一定的研究价值。研究发现,在钙钛矿型（ABO3）电催化材料中影响催化活性的主要因素有三种:氧空位含量、B-O键强弱和粒径尺寸。而这些因素都可根据离子掺杂、烧结温度、烧结气氛等工艺来控制。本文主要研究通过溶胶-凝胶法制备的La1-xBixFe O3颗粒的电催化性能,具体内容如下:（1）首先为了研究A位掺杂对La Fe O3的结构及催化性能的研究,采用氧气中800℃下烧结的退火方法制备La1-xBixFe O3颗粒。研究发现,随着Bi掺杂量的增加La Fe O3的晶格畸变逐渐增大,并且致密度也发生明显变化。而且进一步发现随着Bi元素的掺杂,La1-xBixFe O3材料中的氧空位和Fe离子的价态也会发生明显变化。Bi掺杂导致La Fe O3结构上的变化使其OER和ORR性能显著提升。通过一系列电化学测试发现,无论是起始电位、极限电流密度、Tafel斜率还是转移电子数Bi掺杂的样品与原始样品相比都有显著提升。结果显示,Bi的掺杂量为0.15时得到最优的ORR性能:最优的起始电位0.698V（vs.RHE）,最高的电流密度6.36 m A/cm,最低的Tafel斜率74 m V/dec以及最接近于4电子转移的转移电子数（3.8）。（2）接着笔者又在烧结气氛角度考虑来提升样品中的氧空位。最终发现,纯的La Fe O3在空气中的ORR性能优于氧气中烧结的样品。然而对比其晶粒尺寸发现,空气中煅烧的粉末的颗粒尺寸要远大于氧气中煅烧的,这也进一步揭示了氧空位要比比表面积对电催化性能影响更大。在空气中800℃下烧结的样品当Bi的掺杂量为0.2时,虽然其Tafel斜率和转移电子数与Pt/C相比较差,但是其极限电流密度可达到6.87 m A/cm2,非常接近于商用Pt/Vulcan。（3）继而为了从比表面积角度来研究La1-xBixFe O3的电催化性能,在600℃真空环境下制备了La1-xBixFe O3粉末。结果显示600℃下烧结的样品颗粒尺寸明显低于其他两种环境中生成的,但结晶度不佳。该系列还是显示出了较好的ORR与OER性能。当Bi的掺杂量为0.2时,氧还原特性表现为最优的起始电位0.688 V（vs.RHE）、最高的极限电流密度6.46 m A/cm2以及更利于催化的转移电子数3.82。这进一步证实了氧空位对钙钛矿材料的电催化性能影响极大。（4）为了佐证实验中Bi掺杂及氧空位的引入对La Fe O3电催化性能的影响,本课题对La Fe O3+Bi+Vo进行了第一性原理研究。通过建模计算得出了掺杂前后材料的晶格模型、态密度和能带,对比发现Bi元素的添加和氧空位的引入导致了原始晶格的变动,并且使其β轨道电子运动发生了明显变化,尤其是在费米能级附近。Bi和Vo的引入增加了材料的导电性以及电子跃迁轨道,从而在理论上证实了Bi掺杂对提升材料催化性能的可行性,也验证了实验探究的正确性。
其他文献
石墨烯作为一种二维材料,具有许多不寻常的性质,如高载流子迁移率、量子霍尔效应、分数量子霍尔效应等。这些特殊性质源于石墨烯在称为狄拉克点的零能点周围的线性色散关系。为了改变石墨烯的性质,需要改变准粒子在石墨烯中的色散关系。众所周知,辐射场已经成为广泛应用于石墨烯性质探索的有力工具。在本论文中,我们研究了辐射场下的铁磁石墨烯器件的磁输运。主要结果总结如下:1.本文利用Floquet定理和非平衡格林函数
马铃薯(Solanum tuberosum)是一种重要的经济作物,在全世界粮食供应方面发挥着至关重要的作用。但由于其根系疏松、浅,所以极易受到环境中非生物胁迫(包括干旱、盐胁迫和温度变化等)的影响,造成产量品质严重降低。特别是土壤短期干旱,就会造成马铃薯的严重减产。因此,提高马铃薯抗旱性以应对全球变暖和土壤干旱等多重挑战的任务迫在眉睫。近年来,提高马铃薯抗旱性的方法主要有,育种和栽培技术优化,以及
20世纪90年代以来,美国著名的马克思主义学者詹姆斯·奥康纳在经济高速发展与生态环境资源日趋被破坏的背景下,重构了马克思历史唯物主义,进而在生态哲学思想基础上率先提出了对当代影响深远的“双重危机”理论。通过大量的深入研究,詹姆斯·奥康纳在具有代表性的作品《自然的理由》中基于生产力与生产关系互相作用的第一重矛盾之上,创新性地指出资本主义的第二重矛盾是在生产力、生产关系与生产条件共同作用下而产生的。在
随着互联网的快速发展以及各种新业务的不断出现,网络中的流量正在呈现出爆发式的增长,这给网络的计算、传输与存储带来了巨大挑战,为了从根本上解决这些问题,国内外研究人员
非警务类求助、无效报警、恶意骚扰报警逐年增多,挤压了有限的警务资源,严重影响警民关系和谐和社会治安稳定。2016年11月,公安部在湖南省岳阳市召开会议,要求全国公安机关在2017年底前完成110社会联动机制建设任务,最大程度剥离非警务类求助,而“依托政府平台型”110社会联动机制是解决这个问题最有效的模式。本文以湖南省“依托政府平台型”110社会联动机制为研究对象,采取文献研究、案例分析、深入访谈
霍华德·加德纳提出的多元智能理论,将多元智能分为八种,即数理——逻辑智能、语言智能、视觉——空间智能、身体动觉智能、自然观察者智能、人际智能、自我认知智能和音乐智能。本研究选取其中的视觉——空间智能,开展视觉——空间智能理论下的教学策略在高中物理课堂教学的应用的研究。本研究的主要工作为:首先,通过文献综述和理论分析了解视觉——空间智能的具体含义,认为视觉——空间智能是一个复合智能,物理学科中的物理
随着认知无线电技术在工业无线传感网中迅速发展,使得频谱感知技术在网络协议、资源分配、网络安全等方面得以广泛应用。本文根据当前的频谱使用情况,利用频谱感知关键技术对处于空闲状态的频谱段进行机会性地使用,从而改善未授权用户的通信质量,提高频谱利用率。首先,工业无线传感网中的状态估计问题强烈依赖于无线网络信道质量,传统卡尔曼滤波不能满足动态信道变化的场景。其次,现有的描述信道状态估计模型,在信道的动态变
稀土是由原子序数从57到71的15种镧系元素以及原子序数为21和39的钪和钇两种元素组成,因为在光学、磁学、电学等方面具有优异的特性,其拥有“工业维生素”的美称。煤矸石是煤炭开采和加工中排出的废弃物,煤矸石中除了含有铁、铝、钙、镁等常见的金属外,还含有镧、铈、镨、钕等稀土金属,在煤矸石多金属提取过程中,将稀土与非稀土物质有效分离,将会取得很大的商业价值和环境效益。本文以煤矸石酸溶物为研究对象,因为
目的:通过比较的方法,研究冰芒散在治疗人工全膝关节置换术后肿痛、失血以及改善膝关节功能的差异,来探究冰芒散在快速康复治疗中的应用效果。方法:本研究选取60例膝骨性关节炎病人,并接受的人工全膝关节置换术的患者。通过随机分组,分成三组,每组20例。冰芒散组予以术后冰芒散外敷,冰敷组予以冰袋外敷,空白组则仅术后常规治疗。通过比较三组患者术后VAS评分,膝关节肿胀情况、术后失血情况、膝关节功能评分的疗效指
现如今信息科学技术发展迅猛,光互连作为科技信息通信网络架构中的关键技术也在顺应时代的要求快速发展。目前光互连模块基本上依然以分立的接收器和发送器为基本结构,进行器件的分立式封装。近年来很多的研究人员都在探究激光器和探测器单片集成的方案,但其中基于垂直腔面发射激光器和光探测器水平方向集成的研究较多,以两个器件垂直集成并且同时工作为目标的研究还较少。本课题研究的是双端通信收发一体集成芯片对,一端发送8