雜原子摻雜碳材料的合成及其氧還原性能的研究.pdf

1、雜原子摻雜作為一種有效改善碳材料電化學(xué)性能的方法，能夠極大地拓寬碳材料的應(yīng)用范圍，開(kāi)辟碳材料在燃料電池研究領(lǐng)域中的應(yīng)用。燃料電池作為一種效率高、環(huán)境友好的綠色能源技術(shù)，成為當(dāng)今能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前，Pt基催化劑仍是燃料電池陰極氧還原反應(yīng)最有效的催化劑，但其存在著成本高、耐甲醇干擾性能差、易受CO毒害以及催化活性易衰減等問(wèn)題，這嚴(yán)重制約了燃料電池大規(guī)模商業(yè)化的應(yīng)用。因此，探索成本低、催化活性高、選擇性好、持久穩(wěn)定的燃料電池陰極催化劑具

2、有十分重要的意義。雜原子摻雜碳材料在堿性介質(zhì)中具有優(yōu)越的氧還原催化性能，成為了極具潛在應(yīng)用前景的燃料電池陰極氧還原催化劑?；诖?，本論文圍繞雜原子摻雜碳材料這一課題開(kāi)展了以下工作:
　　(1)氮摻雜碳包覆Mn3O4納米棒的合成及其氧還原性能研究。
　　以有機(jī)物雙氰胺為碳源和氮源，水熱和高溫煅燒結(jié)合的方法，合成了氮摻雜碳包覆Mn3O4(Mn3O4@CNx)。掃描電鏡、透射電鏡、X射線光電子能譜儀等測(cè)試表明，Mn3O4@CNx呈

3、納米棒狀，外面包覆一層的氮摻雜碳層，厚度約為5nm，氮元素成功摻入材料中并以不同化學(xué)狀態(tài)存在。循環(huán)伏安、線性掃描和電流-時(shí)間等技術(shù)測(cè)試結(jié)果表明，在堿性介質(zhì)中，Mn3O4@CNx納米棒具有良好的氧還原催化活性、抗CO毒害性能、耐甲醇干擾性能以及穩(wěn)定性。
　　(2)基于生物質(zhì)的氮摻雜碳材料的合成及其氧還原性能研究。
　　以自然界資源豐富的生物質(zhì)紅莧菜（廢棄的葉子、莖、提取花青素后殘?jiān)樘荚春偷?，直接一步高溫碳化合成了一系列?/p>

4、氮摻雜碳材料。X射線光電子能譜表征結(jié)果表明氮元素成功摻入碳材料中并以吡啶型氮、吡咯型氮和石墨型氮三種結(jié)合態(tài)存在。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，800℃碳化廢棄的葉子得到的氮摻雜碳材料在堿性介質(zhì)中的氧還原催化活性最好，可以與商業(yè)化Pt/C(20％ Pt，JM)催化劑相媲美，且具有更好的耐甲醇干擾性能、抗CO毒害性能和穩(wěn)定性。
　　(3)基于生物質(zhì)的氮、硫雙摻雜碳材料的合成及其氧還原性能研究。
　　以生物質(zhì)金銀花為碳源、氮源和硫源，直接高