氮摻雜石墨化碳氧還原催化劑的研究.pdf

1、氮摻雜石墨化碳氧還原催化劑的研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：靳文婷指導(dǎo)教師：魏子棟教授專業(yè)：化學(xué)學(xué)科門(mén)類：理學(xué)重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院二O一六年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要質(zhì)子交換膜燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、室溫快速啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)電動(dòng)汽車及其它民用場(chǎng)合最有希望的化學(xué)電源。目前，主要的燃料電池陰極催化劑是鉑類催化劑，但其成本高昂、資源匱乏和易中毒等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了燃料電池的商業(yè)化。故而，低Pt和非P

2、t催化劑已經(jīng)成為人們的研究重點(diǎn)。然而為了長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，唯有開(kāi)發(fā)能夠完全替代Pt的、成本低廉、資源豐富且性能好的催化劑才是根本的出路。因此，本文從非Pt催化劑的方向出發(fā)，設(shè)計(jì)了兩種氮摻雜碳類催化劑。首先，本文針對(duì)現(xiàn)有石墨烯類催化劑易堆疊、石墨烯層層間電導(dǎo)性差所導(dǎo)致的催化劑活性較低的缺點(diǎn)，提供了一種氮摻雜石墨烯負(fù)載Co3O4催化劑（RGOSchiffCo3O4）的制備方法。即通過(guò)有機(jī)胺還原氧化石墨烯將胺基官能團(tuán)嫁接在石墨烯片缺陷位，再利用胺醛縮

3、合將胺基轉(zhuǎn)化為席夫堿官能團(tuán)，同時(shí)在回流冷凝條件下錨定非貴金屬氧化物，形成三維立體結(jié)構(gòu)的氮摻雜石墨烯負(fù)載Co3O4催化劑。一方面，巧妙利用金屬席夫堿可以在氮摻雜石墨烯層與層之間形成紐帶，構(gòu)成起三維交聯(lián)的氮摻雜石墨烯催化劑立體結(jié)構(gòu)，極大的減少了氮摻雜石墨烯的堆疊，有效地提高了氮摻雜石墨烯層間的電子傳導(dǎo)能力和層內(nèi)催化傳質(zhì)速率；另一方面，由于催化劑三維空間中具有大量金屬席夫堿和金屬氧化物催化活性位點(diǎn)，這兩種催化活性位協(xié)同催化，大幅度提高催化活性

4、。其次，為了獲得具有優(yōu)良電催化性能的氮摻雜碳納米管，我們采用管狀MnO2作為模板，且在其表面通過(guò)原位氧化聚合苯胺構(gòu)建管狀聚合物前驅(qū)；為了進(jìn)一步提高石墨化程度，然后采用SiO2凝膠空間限域熱解和在900℃二次高溫碳化的方法，探索合成納米管狀的氮摻雜碳材料氧還原催化劑（CNSiO2HT2）。本文采用掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射譜（XRD）以及電化學(xué)方法探求CNSiO2HT2催化劑的納米結(jié)構(gòu)與電化學(xué)活性。在該實(shí)驗(yàn)中MnO2不僅充當(dāng)著模