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《四嗪聚合物基n_c及fe_n-c催化劑的制備及其orr催化性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、學校代碼10530學號201510141434分類號O63密級公開碩士學位論文四嗪聚合物基N/C及Fe/N-C催化劑的制備及其ORR催化性能研究學位申請人孫滔指導教師黎華明教授學院名稱化學學院學科專業(yè)化學研究方向高分子化學與物理二零一八年五月PreparationandORRCatalyticPropertiesofN/CandFe/N-CCatalystsDerivedfromTetrazineRing-ContainingPolymersCandidateTaoSunSupervisorProfessorHuamingLiCol
2、legeChemistryProgramChemistrySpecializationPolymerChemistry&PhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018III摘要化石能源消耗所帶來的環(huán)境污染和能源危機問題嚴重制約了社會可持續(xù)發(fā)展，成為人們亟需解決的兩大難題。燃料電池(FuelCell，F(xiàn)C)是目前最有發(fā)展前途的一種綠色發(fā)電技術(shù)，可直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能，污染物排放量極少甚至是零排放，從而提供可持續(xù)的清潔能源。同時由于不受卡諾循環(huán)效
3、應的限制，因此能量轉(zhuǎn)化效率高。然而，催化FC陰極氧還原反應(OxygenReductionReaction，ORR)的鉑(Pt)及Pt基催化劑成本較高，電化學穩(wěn)定性差，嚴重限制了FC大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展。因此，研發(fā)催化活性高、成本低、電化學穩(wěn)定性好的ORR催化劑已成為目前的一個研究熱點。本論文分別以富含氮元素的四嗪基聚合物及其與Fe(OAc)2的混合物為前驅(qū)體，采用高溫熱解的方法制備出不含金屬的氮摻雜碳(N/C)和過渡金屬鐵/氮共摻雜碳(Fe/N-C)兩類催化劑，并對其在堿性和酸性介質(zhì)中的ORR催化性能進行了系統(tǒng)研究。所得主要研究結(jié)果如
4、下：(1)基于四嗪聚吡咯N/C及Fe/N-C球狀催化劑的制備及其ORR催化性能研究。本章先以3,6-二(吡咯基)-1,2,4,5-四嗪(TPy)為單體，二甲氧基甲烷(DMM)為交聯(lián)劑，在甲磺酸催化下通過Friedel-Crafts反應合成出交聯(lián)聚合物球(PTPy)，其直徑約為100?300nm。而后在900°C條件下分別熱解PTPy和PTPy/Fe(OAc)2混合物制備出不含金屬氮摻雜碳(Py-N/C-900)和鐵/氮共摻雜碳(Py-Fe/N-C-900)兩種球狀催化劑。兩種催化劑的直徑均為90?250nm，其中Py-N/C-900
5、催化劑的N含量約為7.05at%，比表面積和總孔容分別為584m2g?1和0.29cm3g?1。而Py-Fe/N-C-900催化劑的N、Fe含量分別為5.39和1.11at%，比表面積和總孔容分別為610m2g?1和0.36cm3g?1。在堿性介質(zhì)中，Py-N/C-900催化劑表現(xiàn)出較好的催化性能，其ORR起始電位(Eo)、半波電位(E1/2)和極限電流密度(Jl)分別為0.948V、0.823V(vs.RHE，下同)和5.42mAcm?2，和商業(yè)Pt/C催化劑幾乎相同(Eo=0.964V、E?21/2=0.829V和Jl=5.30
6、mAcm)。而Py-Fe/N-C-900催化劑的ORR催化性能更為優(yōu)異，其E?2o、E1/2和Jl值可高達0.986V、0.871V和5.89mAcm。在酸性介質(zhì)中，Py-Fe/N-C-900催化劑同樣表現(xiàn)出較好的ORR催化性能，其Eo、E1/2和Jl值分別為0.845V、0.717V和5.89mAcm?2，接近于商業(yè)Pt/C催化劑(Eo=0.891V、E?21/2=0.738V和Jl=4.74mAcm)，此外還表現(xiàn)出突出的穩(wěn)定性和抗中毒性能。(2)基于四嗪聚吲哚N/C及Fe/N-C球狀催化劑的制備及其ORR催化性能研究。本章以3,
7、6-二(吲哚基)-1,2,4,5-四嗪(TId)為單體，同樣采用質(zhì)子酸催化的Friedel-Crafts反應合成了基于四嗪的交聯(lián)聚吲哚球(PTId，直徑約為100?200nm)。I隨后同樣在900°C條件下分別熱解PTId和PTId/Fe(OAc)2混合物，得到直徑均為100?200nm的In-N/C-900和In-Fe/N-C-900兩種球狀催化劑。對于In-N/C-900催化劑，其N含量、比表面積和總孔容分別為4.73at%、662m2g?1和0.38cm3g?1。而In-Fe/N-C-900催化劑的N含量、Fe含量、比表面積和
8、總孔容分別為5.98at%、0.64at%、735m2g?1和0.43cm3g?1。在堿性介質(zhì)中，兩種催化劑的ORR催化性能均優(yōu)于商業(yè)Pt/C催化劑，其中In-N/C-900催化劑的Eo、E1/2和Jl值分別為0.986V、0.846
