22170.雜原子摻雜石墨烯的制備及其在燃料電池陰極催化劑方面的應用

1、分類號：密級：公開UDC：編號：雜原子摻雜石墨烯的制備及其在燃料電池陰極雜原子摻雜石墨烯的制備及其在燃料電池陰極催化劑方面的應用催化劑方面的應用FABRICATIONOFHETEROATOMSDOPEDGRAPHENETHEIRAPPLICATIONFTHECATHODICCATALYSTINFUELCELL學位授予單位及代碼：長春理工大學（10186）學科專業(yè)名稱及代碼：化學（0703）研究方向：綠色化學申請學位級別：碩士指導教師：何

2、興權(quán)教授研究生：李永豐論文起止時間：2013.092014.12I摘要在現(xiàn)今能源短缺的形勢下，直接甲醇燃料電池無疑成為了最具潛力的新型的綠色能源。但其催化劑高昂的成本（尤其是陰極催化劑不僅造價昂貴還存在較多缺陷）嚴重的制約了直接甲醇燃料電池的進一步發(fā)展。鉑或鉑基催化劑作為商業(yè)化燃料電池的陰極催化劑，有著過于高昂的成本、長期穩(wěn)定性較低，并且極易甲醇中毒等缺點。因此探索一種新穎的具有高催化活、高穩(wěn)定性、低成本和優(yōu)異抗甲醇能力的陰極催化劑已經(jīng)

3、勢在必行。本文采用一步熱解聚3氨基5巰基124三唑與氧化石墨的方式制備氮硫共摻雜石墨烯。通過透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、X射線光電子能譜和拉曼光譜等理化測試手段以及循環(huán)伏安法和線性伏安法的電化學測試方法對材料進行測試發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過熱處理制備出的催化劑的催化活性遠高于通過化學還原制備的聚3氨基5巰基124三唑還原氧化石墨復合材料(PAMTarGO)催化劑；1000C熱處理的氮硫共摻雜催化劑催化劑(NSG1000)具有高于鉑碳(

4、PtC)的氧氣還原催化效果、接近四電子過程、優(yōu)良的甲醇耐受性和更好的穩(wěn)定性；加入金屬Fe和Co可以有效的促進高活性的氮和硫的價鍵結(jié)構(gòu)形成，提高催化劑催化性能。在850C熱處理的含鈷的氮硫共摻雜石墨烯(NSGCo850)和含有鐵的氮硫共摻雜石墨烯(NSGFe850)展現(xiàn)了較好的氧氣還原催化性能、直接四電子過程、優(yōu)良的甲醇耐受性、較好的穩(wěn)定性等優(yōu)點。我們制備的NSG1000NSGCo850和NSGFe850都具備了直接甲醇燃料電池陰極催化劑