锌空气电池用氮硫共掺杂分级碳材料的制备及其性能研究
锌空气电池成本低，安全性高，能量密度高，在动力系统和储能领域具有广阔的应用市场。然而其阴极氧还原反应动力学缓慢，缺乏高效、廉价的催化材料。本论文围绕低成本、高性能分级孔碳材料的制备与性能研究，开展以下研究内容: 1.发展刚性自模板制备氮硫共掺杂分级孔碳材料的新方法。以刚性的富含氮硫的共价有机聚合物(N-S-COP)为自模板，碳化得到氮硫共掺杂分级孔碳(HPNSC)。扫描电镜、氮气吸脱附以及电化学测试结果表明:HPNSC不仅保留了N-S-COP的宏观结构，还具有更丰富的微观分级孔结构，BET比表面积高达1261m2g-1，氧还原半波电位高于商用Pt/C催化剂20mV。 2.探究孔结构与催化性能的构效关系。通过改变碳化温度，调控催化剂的孔结构与元素组成，初步探究了催化剂HPNSC的孔结构与电化学活性面积和质量催化活性之间的关系。结果表明:HPNSC的电化学比表面积主要由介孔和大孔构成，微孔的贡献较小，电化学比表面积高达429m2g-1;只有掺杂在电化学活性面积上的异原子才能创制出有效的活性位点，催化氧还原反应;创制出质量活性最高的非金属氧还原催化剂，高达126.7mA mg-1@0.8V，是商业化Pt/C的七倍。 3.以HPNSC为阴极催化剂的一次锌空气电池峰值功率密度高达144mW cm-2，远高于商业化的Pt/C(110mW cm-2)，能量密度高达1007W h kgZn-1，远高于其他非金属基锌空气电池。
锌空气电池;分级孔碳材料;氮硫共掺杂;制备工艺;孔结构;催化性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
程元徽
2019
中文
TM911.41;TM242:TM205.1
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）