質子交換膜燃料電池（PEMFC）,作為低溫能源轉換裝置,可在室溫下直接將化學能轉換成電能而不產生有害物質,具有能量轉換效率高、環(huán)境友好、低溫啟動快等優(yōu)點,因而被視為打破化石能源枯竭困境和解決環(huán)境污染難題的下一代能源新技術。但為了加速陰極氧還原反應（ORR）的緩慢動力學,使用了大量高成本和稀缺性的鉑（Pt）基催化劑,嚴重阻礙了PEMFC的實際應用。因此有必要開發(fā)新型的陰極氧還原催化劑以解決ORR緩慢動力學的“卡脖子”技術難題,實現性能與價格的兼優(yōu),推動PEMFC的發(fā)展。本論文工作主要集中在開發(fā)新型高效廉價的低鉑/非鉑催化劑,通過多種手段調控材料的電子結構與形貌特征,并對其電催化性能和氧還原機理進行探索分析。首先,以高度分散的Ni納米顆粒為模板,利用自發(fā)的化學置換反應在Ni核表面均勻沉積Pt殼,通過調整還原次數制備了不同原子比的Ni_x@Pt/C催化劑。電化學測試顯示Ni₆@Pt/C催化劑展示出與Pt/C相當的電化學活性面積（84.68 m²/g）和優(yōu)于Pt/C的起始電位（1.05 V vs.RHE）與半波電位（0.90 V）,...

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【學位級別】：碩士

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摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 燃料電池的發(fā)展歷程
    1.3 世界各國的發(fā)展情況
        1.3.1 國外主要國家的發(fā)展情況
        1.3.2 國內的發(fā)展情況
    1.4 燃料電池的分類及其特性
        1.4.1 堿性燃料電池
        1.4.2 磷酸燃料電池
        1.4.3 熔融碳酸鹽燃料電池
        1.4.4 固體氧化物燃料電池
        1.4.5 質子交換膜燃料電池
    1.5 質子交換膜燃料電池的構成及其運行原理
        1.5.1 電池整體的結構組成
        1.5.2 燃料電池的工作原理
        1.5.3 陰極氧還原機理
    1.6 陰極氧還原反應催化劑的發(fā)展
        1.6.1 鉑基催化劑
        1.6.2 非鉑催化劑
    1.7 本研究工作的背景、設想和內容
        1.7.1 研究背景及工作設想
        1.7.2 研究內容
第二章 實驗原料及表征方法
    2.1 實驗原料
        2.1.1 試劑與藥品
        2.1.2 儀器設備裝置
    2.2 表征方法
        2.2.1 物理化學表征
        2.2.2 電化學性能測試
第三章 化學置換法制備高效陰極Ni_x@Pt/C催化劑
    3.1 引言
    3.2 實驗步驟
        3.2.1 Ni/VC-72 模板的制備
        3.2.2 Ni_x@Pt/C催化劑的制備
        3.2.3 工作電極的制備
    3.3 結果與討論
        3.3.1 材料的制備流程及原子組成測試
        3.3.2 催化劑的XRD測試
        3.3.3 催化劑的形貌表征
        3.3.4 催化劑的XPS測試結果
        3.3.5 催化劑的電催化性能測試
        3.3.6 催化劑的耐久性測試
    3.4 本章小結
第四章 高溫熔融硫鹽浴制備硫摻雜炭材料及其電催化活性分析
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 Vulcan XC-72 的官能化
        4.2.2 SC-x的合成
        4.2.3 電化學測試條件
    4.3 結果與討論
        4.3.1 材料的SEM、TEM和元素含量分析
        4.3.2 氮氣吸附測試分析
        4.3.3 拉曼光譜分析
        4.3.4 材料的XPS分析
        4.3.5 硫摻雜炭材料的氧還原性能
    4.4 本章小結
第五章 模板法制備有序多孔MOF基衍生炭材料及其電催化性能的初探
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 ZIF-67 的制備
        5.2.2 SiO₂ 微球的制備
        5.2.3 NH₃-SiO₂ 的制備
        5.2.4 硅球的ZIF-67 包覆
        5.2.5 材料的碳化及模板的移除
    5.3 結果與討論
        5.3.1 不同碳化時間下ZIF-67 晶體形貌的演變過程
        5.3.2 不同碳化時間下ZIF-67-x的 XRD測試
        5.3.4 SiO₂@ZIF-67-x材料的SEM表征
        5.3.5 合成ZIF-67 濾液所得材料的SEM表征
        5.3.6 材料的電化學測試
    5.4 本章小結
結論與展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號：4045028