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(chǔ)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(yáng)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(lái)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(lái)減少或者代替不可再生資源的消耗。
　　近年來(lái)，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(guò)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(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)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(guò)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(shí)驗(yàn)(BET）和電化學(xué)技術(shù)（CV，LSV）等對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。通過(guò)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(jìn)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(lái)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(duì)其結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)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(shí)對(duì)氧還原動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)，CSD催化的氧還原是一個(gè)4電子參與的一