二維多孔碳材料及其復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著石油儲量日益下降、能源需求與日俱增，各國正在努力研發(fā)可以替代石油的、清潔的、可再生的新能源。氫燃料電池高效、無污染、不排放溫室氣體，而且通過電解水制氫，可以將風(fēng)能、核能、太陽能等不易存儲、運(yùn)輸?shù)目稍偕茉崔D(zhuǎn)化為氫能，這一系列優(yōu)點(diǎn)使得氫能成為人們的研究熱點(diǎn)。氫燃料電池離不開氧還原(ORR)電催化劑的使用，電催化析氫(HER)有望成為大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的有效方法，具有出色的氧還原、電催化析氫性能的Pt因?yàn)閮r(jià)格昂貴等原因無法大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，

2、因此，尋找廉價(jià)的、高效的電催化劑來替代Pt成為研究熱點(diǎn)。氫燃料電池未來有可能驅(qū)動(dòng)汽車、為飛機(jī)電源系統(tǒng)提供電力，將推動(dòng)航空工業(yè)的技術(shù)革新與發(fā)展。
　　二維多孔碳材料因其獨(dú)特的形貌、電學(xué)性質(zhì)等，獲得了廣泛的關(guān)注，本課題旨在研究應(yīng)用于ORR和HER電催化劑的二維多孔碳基復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備方法。課題的主要研究內(nèi)容如下：
　　1.以氨基功能化修飾的氧化石墨烯(AGO)為模板，以三聚氰胺、對苯二甲醛為單體，在DMSO中通過加

3、熱成功制備了富含N元素的希夫堿二維多孔聚合物(TPP)，該方法不需要任何催化劑，方法簡單、高效。通過熱解，可以制備N摻雜的二維多孔碳材料。并調(diào)節(jié)不同熱解溫度，發(fā)現(xiàn)隨著熱解溫度升高，材料的石墨化程度提高、缺陷減少，材料在堿性電解質(zhì)中的氧還原極化曲線的起始電位右移。熱解溫度升高后，雜原子N元素的含量也逐漸下降，比表面積先上升后下降，通過測試發(fā)現(xiàn)，800℃條件下熱解得到的二維氮摻雜多孔碳材料(TPC-800)的氧還原電催化性能最好。
　

4、　2.不采用任何模板，利用均苯四甲酸酐在五硫化二磷作用下聚合成功制備了具有二維形貌的聚硫代均苯四甲酸酐納米片。該二維聚合物不同于以往采用石墨烯、LDH（層狀氫氧化物）為模板制備的形貌可控的二維聚合物，該材料通過聚合單體在二維方向上聚合并通過片層堆積形成二維納米片結(jié)構(gòu)。該二維聚合物富含S元素，通過一步熱解法可以得到S摻雜的二維微孔碳材料。我們將該二維聚合物進(jìn)行高溫裂解并采用NH3進(jìn)行活化，成功制備了N/S共摻雜的二維微孔碳材料，表現(xiàn)出了優(yōu)

5、異的氧還原電催化性能，相比于 Pt/C，其擁有更好的耐甲醇交叉效應(yīng)性能。
　　3.采用二維多孔聚合物TPP為模板，通過溶液浸泡法在聚合物的孔道結(jié)構(gòu)中負(fù)載含Mo和P的無機(jī)鹽，然后在氫氬混合氣環(huán)境中高溫?zé)峤?、還原得到內(nèi)嵌有MoP納米顆粒的二維氮摻雜多孔碳材料。我們首次成功制備了含有過渡金屬磷化物納米顆粒的二維氮摻雜多孔碳材料并應(yīng)用于電催化析氫領(lǐng)域。由于二維多孔碳的良好導(dǎo)電性，納米顆粒暴露出更多的活性位點(diǎn)，該材料表現(xiàn)出了良好的電催化析氫