新型过渡金属氮碳材料的制备及电催化性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吴海洪 |
| 答辩日期 | 2018-11-22 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 夏春谷 ; 何林 ; 丁勇 |
| 关键词 | 金属氮碳材料 CO2电催化还原 氧还原反应 析氧反应 锌空电池 Metal nitrogen carbon materials CO2 electroreduction Oxygen reduction reaction Oxygen evolution reaction Rechargeable zinc-air battery |
| 学位名称 | 理学博士 |
| 学位专业 | 物理化学 |
| 其他题名 | 无 |
| 英文摘要 | 电催化反应是人类解决能源和环境问题的理想途径之一，目前用于与能源转化相关的商业电化学催化剂多以贵金属为主，但其存在储量少、成本高、稳定性低等缺点，因此寻求廉价、高效、稳定的非贵金属催化剂已成为电催化领域研究的主要目标之一。过渡金属氮碳材料（M-N-C）具备与贵金属类似的电子结构，且种类繁多，制备简单，因具有良好的电催化活性而备受关注。本文采用简单可行的方法制备了一系列新型过渡金属氮碳材料，并对其进行了形貌、组成和结构表征，以及系统的电催化性能评价，主要研究内容和结论如下： （1）通过简单而有效的固相缩聚反应合成路线制备了具有缺陷结构的酞菁钴交联聚合物（D-P-CoPc），即利用邻苯二甲酸酐作为构建缺陷位的反应物原位与均苯四甲酸酸酐以及钴盐同时缩聚生成酞菁钴聚合物，与分子酞菁钴（CoPc）和“完整”的酞菁钴交联聚合物（P-CoPc）相比，具有缺陷位的酞菁钴（D-P-CoPc）可以显著增强电化学CO2还原性能。缺陷的引入改变了酞菁钴骨架的电子特性，促进聚合物表面与CO2之间更强的结合能力，结果表现出更高的催化选择性，在0.5MKHCO3溶液中可以将CO2还原成CO，过电位仅为490mV的情况下法拉第效率可高达97%。 （2）通过热解多孔三嗪基骨架材料的方法制备了一种吡啶氮活性位掺杂的催化剂用于CO2电催化还原。在手套箱中，将2,6-二氰基吡啶和ZnCl2的混合物加入到石英安瓿瓶中后抽真空、密封，然后在马弗炉中600oC下加热40小时，由此产生的框架材料在CO2电还原为CO的反应中表现出很高的选择性。通过固体核磁，XPS及ICP等一系列表征和CO2电还原性能测试，发现残留的Zn不是电催化活性位，只是作为三嗪基骨架合成的模板剂。高度多孔并具有丰富的吡啶氮掺杂的活性位点是其具有高活性的关键。在0.5MKHCO3溶液中还原CO2时，在过电势仅为560mV的条件下CO的法拉第效率达到82%。 （3）利用普鲁士蓝类似物作为前驱体，通过双模板策略制备了具有双功能化的氧电催化剂（FeNi-HNC），并用于可充放电锌-空电池的正极材料。双功能的实现依赖于在一个材料框架内同时构建了具有OER活性的FeNi合金和具有ORR活性的氮掺杂石墨烯壳层结构。该催化剂可在OER10mA/cm2的电流密度时具有较低的过电位（250mV），且用于ORR时，性能则可与商用的Pt/C相媲美。此外，当该催化剂组装到锌空电池后，1.0V下具有高电流密度（215mA/cm2），高功率密度(310mW/cm2)，高电压效率（10mA/cm2时为64.7％）以及优异的稳定性。 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/25217]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_OSSO国家重点实验室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴海洪. 新型过渡金属氮碳材料的制备及电催化性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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