试析猪血猪血热解制氧阴极还原反应催化剂

摘要：燃料电池具有高效、污染小、易启动等优点，被认为是有希望大量提供电力的第四种绿色能源发电技术。其中电催化剂是燃料电池的关键部分，在现今的燃料电池中，氧阴极还原催化剂主要以贵金属Pt为主体，但因其成本高昂，限制了燃料电池的大规模推广和运用，由此，制备成本低廉且具有良好催化活性的氧还原催化剂是解决燃料电池大规模商业化运用的关键不足之一。其中TM-N/C型催化剂因具有良好的催化活性而受到重视。但是传统的制备策略中，所需的过渡金属大环化合物自身的成本仍然较高。本论新性地利用了非常廉价的猪血作为原料，通过热处理历程来制备TM-N/C型氧还原催化剂。本论文先将猪血加热蒸发除去大量水分后获得前驱体，采取两步加热法对猪血前驱体进行处理获得催化剂，并考察了起始处理温度、起始处理时间、终处理温度和终处理时间对所得催化剂的影响。用电化学线性扫描法对其催化活性进行了评价，并采取了TG/DTA、XRD和EDXRF等浅析手段对催化剂进行了表征。结果表明起始处理温度、起始处理时间、终处理温度，终处理时间等因素都会对猪血制得的催化剂的催化性能有一定影响。最终确定两步加热法最佳条件为：起始处理温度为200℃，起始处理时间1h，终处理温度800℃，终处理时间2h。温度的选择基本与TG/DTA浅析曲线相符合。在此条件下得到的催化剂将氧气的起始还原电位提升到0.51V（vs.SCE）。XRD表明在最佳条件下催化剂样品中KFeO2的特点峰值减小，并且出现了Fe2O3的特点峰，但是由于猪血中含有多种元素，成分较复杂，所以对其催化活性位仍需进一步探讨。EDXRF表明催化剂中Fe含量较多，表明Fe含量是影响该催化剂活性的重要因素。通过外加Fe元素来考察Fe含量对催化剂的性能影响，结果表明Fe含量对催化剂的影响显著，少量掺杂Fe可以提升催化剂的催化性能，而Fe过量则会降低催化剂的性能。本论文中还考察了其它热处理系统对催化剂性能的影响，表明不同热处理方式中催化剂活性位的形成历程不同，催化效果也不同。对于猪血制备催化剂，热处理方式还有着较大的优化空间。关键词：燃料电池论文氧阴极还原论文电催化剂论文猪血论文非贵金属论文

摘要3-4

ABSTRACT4-8

1 绪论8-21

1.1 引言8-11

1.1.1 燃料电池介绍8-9

1.1.2 燃料电池基本反应原理9-11

1.2 氧还原催化剂探讨近况11-13

1.2.1 铂基催化剂11

1.2.2 其它贵金属催化剂11-12

1.2.3 锰氧化物催化剂12

1.2.4 钙钛矿型催化剂12-13

1.3 TM-N/C 型氧还原催化剂探讨近况13-19

1.3.1 TM-N/C 型非贵金属催化剂介绍13-14

1.3.2 TM-N/C 型催化剂的制备策略14-15

1.3.3 影响 TM-N/C 催化剂的因素15-18

1.3.4 TM-N/C 催化剂的活性位探讨18-19

1.4 论文的探讨目的和探讨作用19-20

1.5 论文的主要探讨内容20-21

2 实验部分21-30

2.1 药品试剂和实验仪器21-22

2.1.1 实验药品21

2.1.2 实验器材21-22

2.2 催化剂的制备22-23

2.2.1 猪血前驱体制备22

2.2.2 催化剂制备的热处理22-23

2.3 催化剂性能评价及表征23-30

2.3.1 催化剂电化学测试23-25

2.3.2 热重/差热浅析（TG/DTA）25-26

2.3.3 扫描电子显微镜26-27

2.3.4 X 射线衍射测量27-28

2.3.5 能量色散 X 射线荧光光谱28-30

3 结果与讨论30-48

3.1 猪血前驱体 TG/DTA 浅析30-32

3.2 两步加热法制备催化剂的催化性能评价32-40

3.2.1 玻碳电极与 Pt 盘电极的催化性能32-33

3.2.2 起始处理温度对催化剂的影响33-34

3.2.3 起始温度处理时间对催化剂的影响34-36

3.2.4 终处理温度对催化剂的影响36-39

3.2.5 终处理时间对催化剂的影响39-40

3.3 中心金属含量对催化剂的影响40-43

3.4 分段式升温系统制备催化剂43-44

3.5 其它升温系统制备催化剂44-48

4 结论与展望48-49

4.1 结论48

4.2 展望48-49

致谢49-50