2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)作為一種新型的能源技術(shù),可以利用微生物分解特定廢棄物,實(shí)現(xiàn)廢物處理并產(chǎn)生電能,具有操作條件溫和以及環(huán)境友好等特點(diǎn),為解決能源和環(huán)境問題提供了新方向,近年來成為研究熱點(diǎn)。
  MFC自身的優(yōu)點(diǎn)使其在未來應(yīng)用上具有廣闊的發(fā)展前景,然而,這種新型的能源技術(shù)還無法進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。較低的輸出功率是影響MFC商業(yè)化的主要原因。陰極氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduction

2、 Reaction,ORR)的效率是制約輸出功率高低的主要因素之一,ORR的高過電勢和弱動(dòng)力學(xué)不利于陰極反應(yīng)的進(jìn)行,降低了反應(yīng)的效率。因此,選擇適合的催化劑對提高ORR性能具有重要的意義。本文以納米碳載尖晶石氧化物為研究對象,探索了其作為復(fù)合催化劑的制備、表征、ORR電化學(xué)催化活性以及應(yīng)用于MFC陰極的產(chǎn)電性能。
  首先,采用氨蒸汽誘導(dǎo)法制備了小粒徑、大比表面積且均勻分散的尖晶石金屬氧化物(記為m-MnCo2O4)。掃描電鏡、X

3、射線衍射和比表面分析都表明,較其他方法制得的錳鈷尖晶石(記為b-MnCo2O4),m-MnCo2O4的粒徑更小(60nm),比表面積更大(133m2/g)。將兩種催化劑分別按一定比例和導(dǎo)電碳黑混合,并進(jìn)行電化學(xué)測試,結(jié)果表明,m-MnCo2O4的氧還原峰電位比b-MnCo2O4更正,電流密度和起始電位稍弱于Pt/C。進(jìn)一步的測試計(jì)算表明,m-MnCo2O4的氧還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.77,即m-MnCo2O4用于陰極催化使得ORR催化主

4、要以4e-途徑進(jìn)行,提高了ORR催化效率。
  其次,采用水熱法合成了氮摻雜碳納米管負(fù)載錳鈷尖晶石(MnCo2O4/N-CNT),考察了MnCo2O4/N-CNT的形貌特征和MnCo2O4+N-CNT、Co3O4/N-CNT、MnCo2O4、N-CNT以及MnCo2O4/N-CNT的電催化活性。透射電鏡分析表明,尖晶石納米顆粒均勻地分散在碳納米管表面,通過水熱法可增強(qiáng)尖晶石和載體碳納米管之間的化學(xué)耦合作用。電化學(xué)測試結(jié)果表明,Mn

5、Co2O4/N-CNT的/N-CNT穩(wěn)定性和抗毒性優(yōu)于Pt/C。
  再次,采用水熱-共沉淀法制備了MnCo2O4/N,S-CNT復(fù)合催化劑,確定了不同碳納米管載體比例下催化劑的循環(huán)伏安性能,考察了CNT、N,S-CNT、MnCo2O4/CNT和MnCo2O4/N,S-CNT的電催化性能。結(jié)果表明,40wt%CNT條件下的催化劑循環(huán)伏安性能最好,而且,此條件下的MnCo2O4/N,S-CNT的ORR催化活性高于MnCo2O4/CN

6、T。
  最后,將MnCo2O4/N-CNT、MnCo2O4/N,S-CNT和Pt/C分別作為陰極催化劑用于MFC產(chǎn)電性能研究。結(jié)果表明,MnCo2O4/N-CNT和MnCo2O4/N,S-CNT的開路電壓和最大功率密度分別為0.714V,673mW/m2和0.705V,767mW/m2,遠(yuǎn)高于未修飾陰極的MFC(0.489V,186 mW/m2),但低于Pt/C(0.747V,864mW/m2)。
  本文通過不同方法制備

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