Fe-N-C复合材料的宏量合成及其在能量储存与转换中的应用研究
超级电容器的电极材料是决定其电容性能好坏的关键因素之一，因此，制备同时兼具高功率密度，高能量密度，高电容容量和循环稳定性的电极材料是解决问题的关键。目前燃料电池阴极氧还原电催化剂主要以铂基贵金属电催化剂为主，然而铂的储量极其有限，成本昂贵，并且铂基电催化剂的稳定性较差，这些因素严重制约了其在商业中的广泛应用，因此研究制备成本低，具有高稳定性的非贵金属碳基催化剂是燃料电池电催化剂的研究重点。基于此，本论文研究了一类Fe-N-C 复合材料，并应用于超级电容器和燃料电池，具体研究结果如下： 1．发展了一种通过一步法宏量合成Fe-N-C复合电极材料的新方法，以有机过渡金属化合物二茂铁为铁源，小分子有机化合物吡啶为氮源、碳源，卤代烃C4Cl6为碳源，通过溶剂热法成功宏量的合成了一类新型Fe-N-Curea复合材料。通过测试表明，该电极材料的最高质量比电容可以达到346.7F/g，具有良好的超级电容性能。通过对其循环稳定性的测试，在电流密度为10A/g下，循环5000次，其质量比电容下降为原来的90%左右，可以看出其具有良好的循环稳定性。该Fe-N-C复合电极材料能够在大的扫描速率(500mv/s)以及大电流密度(80A/g)下充放电并且能够达到比较大的电容值，且循环稳定性良好，为研究低成本，大电流充放电电极材料开辟了一条新道路，具有潜在的研究价值。 2．开发了一种基于过渡金属Fe原位还原有机卤代物的新方法，运用该方法不但可宏量合成具有新颖骨架结构、独特表面化学性质以及三维多级孔道结构的过渡金属和非金属原子共同掺杂的多孔碳基电催化剂，而且具有合成过程简便、经济且环境友好等优点。设计合成的非贵金属氮掺杂碳基电催化剂，拥有高的比表面积(1535.2m2/g)以及丰富的孔道结构，提供了更多的活性位点。该Fe-N-C复合电极材料对 O2的还原是一个直接的四电子转移过程，直接将氧气还原成OH-，在氧还原反应过程，中间产物少，过程简单，反应速率快。并且与 20%商业 Pt/C相比，具有更好的抗甲醇中毒性，表现出了优异的氧还原活性和稳定性。
燃料电池;Fe-N-C复合材料;宏量合成;能量储存
温州大学
硕士
化学
王舜
2016
中文
TB333;TM53
2019-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）