豆渣熱解制備含氮碳材料及其在電催化中的應用.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)具有環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點已被廣泛的研究。然而,DMFC的陽極和陰極嚴重依賴于昂貴的鉑基催化劑,阻礙其商業(yè)化。最近研究結(jié)果表明,載體材料對貴金屬納米結(jié)構(gòu)和形貌控制方面可以提供有效的協(xié)助作用,從而獲得高性能的催化劑,因此選擇適當?shù)妮d體材料是DMFC必不可少的技術。氮摻雜碳材料具有優(yōu)異的功效,但是傳統(tǒng)的氮摻雜材料都是以昂貴的有機復合物為碳源和氮源,其合成過程復雜、步驟繁瑣,很難進入商業(yè)化。隨著綠色化學和可

2、持續(xù)發(fā)展理念的深入,如何用廉價的原料(如生物質(zhì))通過簡單綠色方法合成新型氮摻雜碳材料已成為研究的熱點。
　　本論文主要以高蛋白含量的天然高分子材料豆渣為氮源和炭源,通過碳化及后處理制備了豆渣熱解的含氮碳材料,并直接應用于DMFC甲醇氧化反應(MOR)和氧還原反應(ORR)的電極上。并利用物理表征和電化學測試手段分別對其結(jié)構(gòu)和催化性能進行了系統(tǒng)的評價。
　　本論文由以下三部分組成:
　　第一部分豆渣熱解制備含氮碳材料作為

3、氧還原電催化劑
　　以高蛋白含量的天然高分子材料豆渣為氮源和炭源,通過球磨和兩次高溫碳化處理獲得含氮碳材料(OC),并直接作為氧還原電催化劑。實驗結(jié)果表明:OC催化劑起始電位和半波電位與XC-72碳粉相比,分別正移了60 mV和133 mV(vs. Ag/AgCl),與商業(yè)Pt/C催化劑相比僅僅相差了80 mV和73 mV(vs. Ag/AgCl),表明OC催化劑在堿性介質(zhì)中具有很好的ORR電催化活性。
　　第二部分豆渣衍生

4、含氮碳材料作為氧還原電催化劑
　　以高蛋白含量的天然高分子材料豆渣為氮源和炭源,在碳化前后分別引入三氯化鐵,制備了Fe+O和O+Fe催化劑,并研究了三氯化鐵在碳化過程中的作用及對ORR催化活性的影響。實驗結(jié)果表明:O+Fe催化劑半波電位比商業(yè)Pt/C催化劑正移10 mV(vs. Ag/AgCl),說明具有很好的ORR電催化活性。
　　第三部分豆渣制備含氮碳材料并作為電催化劑載體的應用
　　利用第一章制備的含氮碳材料作為