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燃料电池和电化学电容器纳米电极材料的制备与性质研究

2020-12-07阅读(428)

燃料电池和电化学电容器纳米电极材料的制备与性质研究

论文摘要

燃料电池（FC）和电化学电容器（EC）是目前电化学能量存储/转化领域研究开发的重点和热点。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境友好、容量可调等优点而受到世界各国的极大关注。电化学电容器结合了物理电容器高功率及传统电池高能量密度的优点,其应用领域广泛,已成为新型化学电源研究中的热点之一,但是无论是燃料电池还是电化学电容器,其性能表现、制造成本以及使用寿命都在很大程度上的依赖于器件的电极材料和结构。本论文综述了当前该两类器件电极材料的最新研究进展,并就相关电极材料制备,改性以及在这两类能量存储/转化装置中的应用进行了深入的研究,主要内容如下:1.采用的π-π吸附技术和热处理的方法在多壁碳纳米管上沉积Pt纳米粒子（Pt/MWCNTs）。通过透射电子显微镜（TEM）和X-射线衍射仪（XRD）等手段对Pt/MWCNTs进行了表征。电化学实验结果表明,Pt/MWCNTs对甲醇具有很好电催化氧化作用和电化学稳定性。2.在乙醇溶液中,将卞硫醇保护的银纳米粒子通过π-π相互作用沉积在多壁碳纳米管表面上（Ag/MWCNTs）。通过TEM和XRD等手段对Ag/MWCNTs进行了表征。电化学实验结果表明,Ag/MWCNTs对肼具有很好电催化氧化作用。3.以Brij 56/MnAc2/KAc水溶液体系的六角相溶致液晶为模板,利用恒电位电沉积技术在AAO/Ti/Si模板的Ti基底上成功制备出了介孔MnO2纳米线阵列电极。小角XRD,场发射扫描电子显微镜（FESEM）、TEM等测试证明该介孔纳米线材料具有多孔的三维结构。电化学测试表明,MnO2纳米线阵列电极的比容量达到了496Fg-1。证明这种电极在电化学电容器方面具有潜在的应用价值。4.在Ni（NO）2水溶液中,通过直流电化学沉积的方法在镍网上沉积了一层Ni（OH）2,制备出了Ni（OH）2-Ni foam电化学电容器电极材料。通过FESEM和XRD等手段对Ni（OH）2-Ni foam进行了表征。电化学测试表明表明,Ni（OH）2-Ni foam的单电极比电容达到了3152 Fg-1,是已报道的最大的单电极比电容。进一步的研究表明,沉积温度和退火温度对Ni（OH）2-Ni foam电极电化学性能具有明显的影响。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 电化学能源体系
  • 1.1.1 燃料电池概述
  • 1.1.2 燃料电池及燃料电池电催化剂的研究进展
  • 1.1.3 电化学电容器概述
  • 1.1.4 电化学电容器电极材料的研究进展
  • 1.2 纳米结构的电极材料在燃料电池和电化学电容器中的应用
  • 1.3 论文选题思路及主要研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 Pt/MWCNT电极材料的制备及其对甲醇的电催化氧化
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 Pt/MWCNT复合材料的制备
  • 2.2.1.1 多壁碳纳米管的硫醇化
  • 2.2.1.2 Pt纳米粒子在S-MWCNT上的绑定
  • 2.2.1.3 Pt-S-MWCNT的热处理
  • 2.2.2 Pt/MWCNT复合材料的表征
  • 2.2.3 Pt/MWCNT复合材料的电化学性能测试
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 Pt/MWCNT复合材料的IR分析
  • 2.3.2 Pt/MWCNT复合材料的XRD分析
  • 2.3.3 Pt/MWCNT复合材料的TEM形貌分析
  • 2.3.4 Pt/MWCNT复合材料对甲醇的电催化性质研究
  • 2.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 Ag/MWCNT电极材料的制备及其对胼的电催化氧化
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 Ag/MWCNT复合材料的制备
  • 3.2.1.1 粒径可控的Ag纳米粒子的合成
  • 3.2.1.2 Ag纳米粒子在MWCNT上的可控性沉积
  • 3.2.2 Ag/MWCNT复合材料的表征
  • 3.2.3 Ag/MWCNT复合材料的电化学性能测试
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.3.1 Ag纳米粒子的TBM分析
  • 3.3.2 Ag纳米粒子的UV-Vis分析
  • 3.3.3 超声法制备Ag纳米粒子的机理
  • 3.3.4 Ag/MWCNT复合材料的TEM分析
  • 3.3.5 Ag/MWCNT复合材料的XRD分析
  • 3.3.6 Ag/MWCNT复合材料的比表面积分析
  • 3.3.7 Ag/MWCNT复合材料对肼的电催化性质研究
  • 3.4 本章小结
  • 参考文献
  • 2纳米线阵列电极的设计制备与性能研究'>第四章 介孔MnO2纳米线阵列电极的设计制备与性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 氧化铝模板法制备纳米材料简介
  • 4.3 液晶模板法制备纳米材料简介
  • 2纳米线阵列'>4.4 复合模板法电沉积制备介孔MnO2纳米线阵列
  • 4.5 实验部分
  • 4.5.1 AAO/Ti/Si基体的构筑
  • 2/KAc水溶液体系的配制'>4.5.2 液品模板Brij56/MnAc2/KAc水溶液体系的配制
  • 2纳米线阵列电极的制备'>4.5.3 介孔MnO2纳米线阵列电极的制备
  • 2纳米线阵列电极的表征'>4.5.4 介孔MnO2纳米线阵列电极的表征
  • 2纳米线阵列电极的电化学性能测试'>4.5.5 介孔MnO2纳米线阵列电极的电化学性能测试
  • 4.6 结果与讨论
  • 2/KAc水溶液体系的表征'>4.6.1 液晶模板Brij56/MnAc2/KAc水溶液体系的表征
  • 2纳米线阵列电极的结构和形貌（XRD、FESEM、TEM）分析'>4.6.2 介孔MnO2纳米线阵列电极的结构和形貌（XRD、FESEM、TEM）分析
  • 2纳米线阵列电极的电容性质研究'>4.6.3 介孔MnO2纳米线阵列电极的电容性质研究
  • 4.7 本章小结
  • 参考文献
  • 2-Ni foam电极材料的设计制备与性质研究'>第五章 Ni（OH）2-Ni foam电极材料的设计制备与性质研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 镍网的处理
  • 2-Ni foam电极的制备'>5.2.2 Ni（OH）2-Ni foam电极的制备
  • 2-Ni foam电极的表征'>5.2.3 Ni（OH）2-Ni foam电极的表征
  • 2-Ni foam电极的电化学性能测试'>5.2.4 Ni（OH）2-Ni foam电极的电化学性能测试
  • 5.3 结果与讨论
  • 5.3.1 镍网的形貌分析
  • 2-Ni foam电极的结构和形貌分析（XRD、FESEM）'>5.3.2 Ni（OH）2-Ni foam电极的结构和形貌分析（XRD、FESEM）
  • 2-Ni foam电极的电化学性质研究'>5.3.3 Ni（OH）2-Ni foam电极的电化学性质研究
  • 2-Ni foam电极的影响'>5.3.4 电沉积温度对Ni（OH）2-Ni foam电极的影响
  • 2-Ni foam电极的影响'>5.3.5 退火温度对Ni（OH）2-Ni foam电极的影响
  • 5.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 结论与展望
  • 附录作者简历及博士期间发表的论文目录
  • 致谢

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