本文主要研究内容
作者钱程（2019）在《钴基微纳结构复合材料的生物模板法制备及其电催化氧还原性能研究》一文中研究指出：燃料电池主要使用贵金属Pt作为阴极的氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）催化剂,然而Pt存在成本高、稳定性低、甲醇耐受性差的缺点,制约了其大规模应用。因此开发低成本、高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂是推动燃料电池市场化亟需解决的问题。其中过渡金属具有多种化合物组态,展现出优异的氧还原催化活性。而将过渡金属化合物与微纳结构碳基体复合可以进一步增加活性组分利用率、提高电子传输效率和材料稳定性。使用生物模板法制备复合材料用于催化ORR,既可以获得生物质衍生的碳,又可以保留生物组织多样的微纳结构,使材料展现出高比表面积、大孔隙率、高导电性的优点,作为燃料电池阴极催化剂具有巨大应用潜力。本论文使用蝴蝶翅膀、叶绿体和嗜热链球菌这三种生物材料作为模板,制备了高效的钴基微纳结构ORR复合电催化剂,主要研究内容如下:（1）以金裳凤蝶（Troides aeacus）黑色前翼作为模板和碳源,通过高温煅烧获得蝶翅孔阵列结构碳（CW）;然后通过水热法将Co3O4负载到孔阵列结构碳上,以获得孔阵列结构Co3O4/碳复合材料（Co3O4/CW）,并作为ORR电催化剂。所制备的Co3O4/CW在碱性溶液中的起始电位为0.89 V vs.RHE,半波电位为0.77 V vs.RHE,极限电流密度为4.59 mA cm-2。其电子转移数（n）为4.1,表明发生的是四电子转移过程。另外其稳定性和甲醇耐受性优于商业Pt/C,具有很大的市场应用前景。Co3O4/CW的优良电催化性能源于其良好的导电性、独特的多孔结构、高表面积以及Co3O4和CW的协同效应。（2）以含有大量叶绿素（镁卟啉,Mg-Chl）的天然叶绿体作为模板和卟啉源,用Co离子取代叶绿素中心的Mg离子得到Co取代叶绿素（Co-Chl）;然后在氮气中煅烧至800℃后,将Co-Chl转变为Co-N-C,而被叶绿体的其他部分吸附的Co离子转变为CoOx,以合成具有叶绿体亚微米球结构的Co-N-C/CoOx复合材料,并将该材料作为ORR电催化剂。Co-N-C/CoOx的起始电位和半波电位分别为0.89和0.82 V vs.RHE,具有比商业Pt/C更好的稳定性和甲醇耐受性。Co-N-C/CoOx复合材料中丰富的活性Co-N-C位点受到周围生物碳和CoOx的保护,以避免脱落和团聚;而CoOx可直接将电子传输到碳质骨架,克服了氧化物导电性差的缺点。这种独特的组分协同效应与高效的生物结构相结合,共同决定材料的优异电催化性能。（3）以含有大量磷壁酸的嗜热链球菌作为模板和磷源,在表面包裹乙酸钴,并加入氧化石墨烯（GO）。在氮气中煅烧至800℃后,乙酸钴与磷壁酸反应生成了Co2P;而氧化石墨烯被还原为还原氧化石墨烯（rGO）;剩下的细菌转化为生物质碳。最终获得了具有细菌亚微米球形貌的Co2P/CoOx/C/rGO复合材料,并将该材料作为ORR电催化剂。Co2P/CoOx/C/rGO的起始电位和半波电位分别为0.91和0.80 V vs.RHE,极限电流密度为4.96 mA cm-2,另外Co2P/CoOx/C/rGO的稳定性和甲醇耐受性优于商业Pt/C。ORR优异的电催化性能归功于Co2P、CoOx、C和rGO之间的组分协同效应以及具有高比表面积的亚微米球结构。
Abstract
ran liao dian chi zhu yao shi yong gui jin shu Ptzuo wei yin ji de yang hai yuan fan ying （oxygen reduction reaction,ORR）cui hua ji ,ran er Ptcun zai cheng ben gao 、wen ding xing di 、jia chun nai shou xing cha de que dian ,zhi yao le ji da gui mo ying yong 。yin ci kai fa di cheng ben 、gao huo xing 、gao wen ding xing de fei gui jin shu dian cui hua ji shi tui dong ran liao dian chi shi chang hua ji xu jie jue de wen ti 。ji zhong guo du jin shu ju you duo chong hua ge wu zu tai ,zhan xian chu you yi de yang hai yuan cui hua huo xing 。er jiang guo du jin shu hua ge wu yu wei na jie gou tan ji ti fu ge ke yi jin yi bu zeng jia huo xing zu fen li yong lv 、di gao dian zi chuan shu xiao lv he cai liao wen ding xing 。shi yong sheng wu mo ban fa zhi bei fu ge cai liao yong yu cui hua ORR,ji ke yi huo de sheng wu zhi yan sheng de tan ,you ke yi bao liu sheng wu zu zhi duo yang de wei na jie gou ,shi cai liao zhan xian chu gao bi biao mian ji 、da kong xi lv 、gao dao dian xing de you dian ,zuo wei ran liao dian chi yin ji cui hua ji ju you ju da ying yong qian li 。ben lun wen shi yong hu die chi bang 、xie lu ti he shi re lian qiu jun zhe san chong sheng wu cai liao zuo wei mo ban ,zhi bei le gao xiao de gu ji wei na jie gou ORRfu ge dian cui hua ji ,zhu yao yan jiu nei rong ru xia :（1）yi jin chang feng die （Troides aeacus）hei se qian yi zuo wei mo ban he tan yuan ,tong guo gao wen duan shao huo de die chi kong zhen lie jie gou tan （CW）;ran hou tong guo shui re fa jiang Co3O4fu zai dao kong zhen lie jie gou tan shang ,yi huo de kong zhen lie jie gou Co3O4/tan fu ge cai liao （Co3O4/CW）,bing zuo wei ORRdian cui hua ji 。suo zhi bei de Co3O4/CWzai jian xing rong ye zhong de qi shi dian wei wei 0.89 V vs.RHE,ban bo dian wei wei 0.77 V vs.RHE,ji xian dian liu mi du wei 4.59 mA cm-2。ji dian zi zhuai yi shu （n）wei 4.1,biao ming fa sheng de shi si dian zi zhuai yi guo cheng 。ling wai ji wen ding xing he jia chun nai shou xing you yu shang ye Pt/C,ju you hen da de shi chang ying yong qian jing 。Co3O4/CWde you liang dian cui hua xing neng yuan yu ji liang hao de dao dian xing 、du te de duo kong jie gou 、gao biao mian ji yi ji Co3O4he CWde xie tong xiao ying 。（2）yi han you da liang xie lu su （mei bu lin ,Mg-Chl）de tian ran xie lu ti zuo wei mo ban he bu lin yuan ,yong Coli zi qu dai xie lu su zhong xin de Mgli zi de dao Coqu dai xie lu su （Co-Chl）;ran hou zai dan qi zhong duan shao zhi 800℃hou ,jiang Co-Chlzhuai bian wei Co-N-C,er bei xie lu ti de ji ta bu fen xi fu de Coli zi zhuai bian wei CoOx,yi ge cheng ju you xie lu ti ya wei mi qiu jie gou de Co-N-C/CoOxfu ge cai liao ,bing jiang gai cai liao zuo wei ORRdian cui hua ji 。Co-N-C/CoOxde qi shi dian wei he ban bo dian wei fen bie wei 0.89he 0.82 V vs.RHE,ju you bi shang ye Pt/Cgeng hao de wen ding xing he jia chun nai shou xing 。Co-N-C/CoOxfu ge cai liao zhong feng fu de huo xing Co-N-Cwei dian shou dao zhou wei sheng wu tan he CoOxde bao hu ,yi bi mian tuo la he tuan ju ;er CoOxke zhi jie jiang dian zi chuan shu dao tan zhi gu jia ,ke fu le yang hua wu dao dian xing cha de que dian 。zhe chong du te de zu fen xie tong xiao ying yu gao xiao de sheng wu jie gou xiang jie ge ,gong tong jue ding cai liao de you yi dian cui hua xing neng 。（3）yi han you da liang lin bi suan de shi re lian qiu jun zuo wei mo ban he lin yuan ,zai biao mian bao guo yi suan gu ,bing jia ru yang hua dan mo xi （GO）。zai dan qi zhong duan shao zhi 800℃hou ,yi suan gu yu lin bi suan fan ying sheng cheng le Co2P;er yang hua dan mo xi bei hai yuan wei hai yuan yang hua dan mo xi （rGO）;sheng xia de xi jun zhuai hua wei sheng wu zhi tan 。zui zhong huo de le ju you xi jun ya wei mi qiu xing mao de Co2P/CoOx/C/rGOfu ge cai liao ,bing jiang gai cai liao zuo wei ORRdian cui hua ji 。Co2P/CoOx/C/rGOde qi shi dian wei he ban bo dian wei fen bie wei 0.91he 0.80 V vs.RHE,ji xian dian liu mi du wei 4.96 mA cm-2,ling wai Co2P/CoOx/C/rGOde wen ding xing he jia chun nai shou xing you yu shang ye Pt/C。ORRyou yi de dian cui hua xing neng gui gong yu Co2P、CoOx、Che rGOzhi jian de zu fen xie tong xiao ying yi ji ju you gao bi biao mian ji de ya wei mi qiu jie gou 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自江苏科技大学的钱程，发表于刊物江苏科技大学2019-07-10论文，是一篇关于微纳结构论文,生物模板法论文,电催化论文,氧还原论文,钴基化合物论文,江苏科技大学2019-07-10论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自江苏科技大学2019-07-10论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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