生物源前體制備摻氮碳材料及其在電催化反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、催化劑是燃料電池的最重要組成部分。然而，燃料電池不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，其主要原因是使用鉑催化劑所引起的成本高昂、穩(wěn)定性不佳的問題。因此，研究成本低、活性高的催化劑是實(shí)現(xiàn)燃料電池商業(yè)化的必然選擇。目前，燃料電池催化劑的研究主要集中在發(fā)展新型催化劑以降低或者替代鉑基催化劑。其中，摻氮碳材料是近幾年來研究的熱點(diǎn)。而采用來源豐富、可再生的生物源材料制備摻氮碳材料方面的研究相對(duì)較少。
　　本論文主要用生物源前驅(qū)體對(duì)碳材料進(jìn)行改性或直接制備含氮碳材

2、料，將其用作催化劑載體或非貴金屬催化劑，并應(yīng)用于醇類催化氧化或氧還原反應(yīng)中。采用拉曼(Raman)、X射線粉衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、X光電子能普(XPS)等技術(shù)對(duì)制備的材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。采用循環(huán)伏安(CV)、線性掃描(LSV)、計(jì)時(shí)電流(CA)等電化學(xué)方法對(duì)催化劑催化醇類氧化和氧還原反應(yīng)的活性進(jìn)行了評(píng)估。具體包括三個(gè)部分：
　　第一部分碳化鄰菲羅啉修飾碳載體負(fù)載Pd3Ni納米粒子作為高性能催化劑催化甲醇氧化
　

3、　為使摻氮碳載體材料與合金的優(yōu)勢結(jié)合在一起，通過直接碳化鄰菲羅啉和碳粉混合物，得到摻氮碳材料(PMC)，并用其負(fù)載Pd3Ni納米粒子。制備得到的Pd3Ni/PMC催化劑應(yīng)用于催化甲醇氧化反應(yīng)(MOR)。采用XRD、TEM、XPS測試手段對(duì)Pd3Ni/PMC進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。由于氮修飾的碳載體以及與Pd形成合金的Ni的作用，電化學(xué)測試表明，與Pd/C和Pd/PMC相比較，Pd3Ni/PMC在催化甲醇氧化時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。研究動(dòng)

4、力學(xué)發(fā)現(xiàn)，Pd3Ni/PMC催化反應(yīng)的活化能僅僅是Pd/C的一半。
　　第二部分核黃素制備摻氮碳載體負(fù)載鈀應(yīng)用于乙二醇氧化反應(yīng)
　　以生物源材料核黃素作氮源，將核黃素用硫酸初步碳化，然后通過加熱碳化得到摻氮碳材料負(fù)載Pd納米粒子(Pd/R-C)。結(jié)構(gòu)表征表明，由于載體中氮原子的引入，有效地改善了Pd納米粒子的粒徑和分散性。Pd/R-C用于催化堿性介質(zhì)中的乙二醇氧化(EGOR)發(fā)現(xiàn)，該催化劑具有優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。進(jìn)一步對(duì)Pd

5、/R-C催化劑在不同溫度，不同掃速以及不同的電解質(zhì)中對(duì)EGOR反應(yīng)的影響及相關(guān)催化反應(yīng)機(jī)理也進(jìn)行了討論。
　　第三部分殼聚糖制備摻氮碳基催化劑及其在氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用
　　以價(jià)廉易得的生物源物質(zhì)殼聚糖作氮源，酚醛樹脂作碳源。碳化兩者的混合物，通過酸處理后得到一系列不同碳氮比例的碳基催化劑CN(m:n)并直接應(yīng)用于催化堿性介質(zhì)中的氧還原反應(yīng)(ORR)。ORR性能測試表明，催化劑CN(2:7)表現(xiàn)出最好的催化活性。與商業(yè)Pt/C