生物質(zhì)碳材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、地球上的能源可以被轉(zhuǎn)換、儲存或以不同的方式被利用。能源資源可以劃分為兩種:第一種，不可再生資源(例如原油、煤炭、天然氣等);第二種，可再生資源(風(fēng)能、太陽能、生物能和潮汐能等)。隨著全球工業(yè)化的迅速發(fā)展,大量的石油、煤炭等不可再生資源不斷被消耗,造成資源的短缺,隨之而來的就是大量的SO2、CO2等有害氣體的排放導(dǎo)致的環(huán)境污染。因此我們必須尋找一種新的清潔能源來減少或者代替不可再生資源的消耗。
　　近年來，生物質(zhì)以其原材料廣泛、可循

2、環(huán)性和低成本引起了許多科學(xué)工作者的關(guān)注。使用生物質(zhì)為原材料合成生物質(zhì)碳材料，不但可以減輕廢棄生物質(zhì)造成的環(huán)境污染，而且可以大大的節(jié)約成本。由于生物質(zhì)碳材料具有特殊的孔徑結(jié)構(gòu)和很大的比表面積，因此可以廣泛地應(yīng)用于電化學(xué)領(lǐng)域。
　　本論文主要以生物質(zhì)為氮源和炭源，通過碳化及后處理合成了含氮的碳材料，并應(yīng)用于氧還原反應(yīng)(ORR)的電極材料，對其結(jié)構(gòu)和性能進行了討論。
　　論文由以下三部分組成：
　　第一部分碳化玉米秸稈制備氧

3、還原催化劑
　　將廢棄玉米秸稈依次經(jīng)過碳化、酸處理、加鐵和二次碳化（最終將鐵除去）處理，制得了生物質(zhì)碳材料催化劑CCS，利用拉曼光譜（Raman），X-射線衍射（XRD），掃描電子顯微鏡（SEM），X-射線光電子能譜（XPS）,N2吸脫附實驗(BET）和電化學(xué)技術(shù)（CV，LSV）等對其結(jié)構(gòu)和性能進行了表征。通過比較發(fā)現(xiàn)，所制得的催化劑CSS在KOH堿性溶液中，半波電位和起始電位都優(yōu)于商業(yè)碳粉XC-72，而與20％Pt/C催化劑相近

4、，且穩(wěn)定性較好，因此可以作為氧還原催化劑使用。
　　第二部分碳化豬毛制備氧還原催化劑
　　用類似的方法處理豬毛，最終制得氧還原催化劑CPH，將該催化劑進行一系列的物理表征和電化學(xué)分析，結(jié)果表明：在堿性介質(zhì)中CPH的半波電位和起始電位都優(yōu)于XC-72商業(yè)碳粉，與20%Pt/C催化劑相比，CPH催化劑有良好的電催化活性，起始電位正移30mV,半波電位僅相差10 mV，而且具有良好的穩(wěn)定性。
　　第三部分碳化羊糞來制備氧還原

5、催化劑
　　以羊糞作為氮源和碳源，用類似的方法處理，最終制得氧還原催化劑CSD，對其結(jié)構(gòu)和組成進行了表征，并考查了作為氧還原電催化劑的性能。結(jié)果表明：CSD催化劑起始電位和半波電位與商業(yè)碳粉XC-72相比，分別正移了103mV和128 mV，與20%Pt/C催化劑相比分別正移了20 mV和16mV，表明CSD催化劑在堿性環(huán)境中具有很好的ORR電催化活性。同時對氧還原動力學(xué)過程進行了研究，發(fā)現(xiàn)，CSD催化的氧還原是一個4電子參與的一