生物质衍生多孔结构的碳电极材料制备及其电化学性能研究.pdfVIP

生物质衍生多孔结构的碳电极材料制备及其电化学性能研

究

中文摘要

常规化石能源的过度使用带来了全球能源危机和环境污染，对人类健康和自

然环境造成了危害。燃料电池是高效和清洁能源转换应用的一部分，可以有效地

减少传统化石能源的负载。从燃料电池的商业化应用来看，开发高活性、低价格

的氧还原反应(ORR)电催化剂，以改善其在阴极上固有的迟缓动力学，具有重要

意义。铂及其合金一直被认为是ORR的优秀催化材料的首选。然而，铂也有一些

不可忽视的缺点，如价格高，丰度低，对杂质的耐受性差。为了解决贵金属的这

些瓶颈问题，人们几十年来一直在研究非贵金属催化剂。到目前为止，人们已经

探索了不同种类的非贵金属电催化剂，包括金属氮掺杂的碳材料、过渡金属氧化

物、碳化物和氮化物，以及无金属杂原子掺杂的碳基材料。在上述电催化剂中，

无金属杂原子掺杂碳材料因其价格低廉、孔结构可控、高电子传导性和对杂质的

高耐受性而成为最有前途的ORR材料之一。为了制备多孔碳材料，人们采用了各

种合成方法，如水热碳化法和模板法。合成用于ORR的无金属碳基电催化剂以取

代传统的铂基催化剂已成为当前研究的热点。

本工作提出了一种活化辅助碳化策略，以尿素为氮源，以生物质废弃物核桃

壳儿为碳源，以制备具有高催化活性的掺氮超薄碳纳米片（NSCL-900）,其中吡

啶氮官能团含量占总氮含量的30.9%。电化学测试表明，NSCL-900具有优良的

ORR电催化活性和稳定性。与标准RHE相比，初始电位和半斜率电位分别高达1.00

V和0.85V。NSCL-900催化剂比Pt/C催化剂具有更好的抗甲醇交叉中毒的性能。

与20wt%Pt/C相比，NSCL-900提高了耐甲醇性和稳定性。它是一种无金属生物

碳ORR催化剂，具有很大的发展潜力和应用前景。这一结果是以含碳固体废弃物

为基础，制备有价值的多孔纳米碳材料提供了新的空间，并为催化领域中电化学

反应提供了新的思路。

I

关键词：碳材料；核桃壳；氧还原反应；杂原子掺杂；活化

II

Preparationofcarbonelectrodematerialswith

biomass-derivedporousstructuresandtheirelectrochemical

properties

Abstract

Theover-utilizationoftraditionalfossilfuelshascausedaworldwideenergy

crisisandecologicalcontamination,resultingintheconsequences.environment.Fuel

cellsarepartofefficientandcleanenergyconversionapplicationsthatcaneffectively

reducetheloadoftraditionalfossilfuels.Fromtheperspectiveofcommercial

applicationoffuelcells,itisofgreatsignificancetodevelophighactivityandlow-

priceoxygenreductionreaction(ORR)electrocatalysttoimproveitsinherentretarded

kineticsonthecathode.Platinumanditsalloyshavebeenconsideredasexcellent

catalyticmaterialstowardsORR.However,platinumalsohassomedisadvantagesthat

cannotbeignored,suchashighprice,lowabundance,and