一、热处理温度对铁卟啉电催化性能的影响（论文文献综述）
王琪琪[1]（2021）在《基于改性炭的高性Fe-Nx-Cy的制备及其氧还原性能研究》文中提出
张云龙[2]（2021）在《铁卟啉MOFs基氧还原电催化剂的设计、制备及性能研究》文中指出卟啉基金属有机框架（Metal-organic frameworks,MOFs）是一类复合型结晶多孔材料,在吸附/分离/储存、光化学以及药物传递等领域具有广阔的应用前景。研究发现,热解卟啉MOFs获得的原子级分散Fe-N-C电催化剂在酸性和碱性介质中均具有良好的氧还原（Oxygen reduction reaction,ORR）催化活性。然而,这些研究仅限于将铁卟啉限制于MOFs的骨架或孔道内。本文首次报道了一种可控合成骨架和孔道同时被铁卟啉修饰的MOFs材料并对其衍生得到的ORR电催化剂进行研究,主要进展如下:（1）氯化血红素（Hemin）、间-四（4-羧基苯基）卟吩（TCPP）、Fe IIITCPP和Zr6离子团簇共自组装制备了铁卟啉同时修饰PCN-222（Porous coordination networks,PCN）孔道和骨架的复合材料。热解,HF刻蚀后得到一种纳米棒状电催化剂。优选的20Hemin@10Fe-PCN-222-750-HF纳米棒状电催化剂在酸性和碱性介质中均具有优异的ORR催化活性,其半波电位(Half-wave potential,E1/2)分别为0.791 V（vs.RHE）和0.886 V（vs.RHE）。此外,该电催化剂在酸性和碱性介质中均表现出良好的耐久性,经2500圈加速耐久性测试后,其E1/2分别负移了43和20 m V(同等条件下,20 wt%Pt/C的E1/2分别负移34和106 m V)。基于同步辐射X射线精细结构谱（XAFS）、球差校正的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）及X射线光电子能谱（XPS）的测试结果,推测原子级分散的（O/N）2-FeIII-N4结构可能为ORR活性位点。（2）Ce6和Zr6离子团簇与TCPP和Hemin有序共自组装制备了纳米圆柱体Ce-Zr双金属团簇PCN-222 MOFs材料。热解后,纳米圆柱体规则地演变为棱角分明的纳米棱柱体。对比Ce-Zr双金属团簇MOFs基纳米棱柱电催化剂与单一Zr或Ce金属团簇MOFs基电催化剂的催化活性,发现纳米棱柱电催化剂具有更优异的ORR催化活性(碱性介质:E1/2～0.866 V vs.RHE,酸性介质:E1/2～0.700 V vs.RHE)和耐久性(2500圈加速耐久性测试后,其E1/2在碱性和酸性介质中分别衰减为15和32 m V)。推测纳米棱柱电催化剂优异的催化活性源自Ce诱导的氧空穴位点和缺陷位点增加以及Ce、Fe之间的电子调控作用,其耐久性较佳的原因为惰性Zr物种的抗酸腐蚀能力和抗电位脉冲作用。
郑若楠[3]（2021）在《ZIFs衍生的双过渡金属氧还原电催化剂的研究》文中提出随着全球能源需求的快速增长和环境危机的日益加剧,绿色高效的聚合物电解质膜燃料电池（Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells,PEMFCs）被认为是非常有发展潜力的能源技术之一。但是其阴极侧氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）动力学过程十分缓慢,大量的商业铂碳（Pt/C）电催化剂被用于加快该反应的进行。铂的储量有限且价格也十分高昂,这大大限制了PEMFCs的商业化发展。因而,高效、廉价的非贵金属电催化剂的设计和开发成为了推动其发展的重要环节。本论文以制备性能优越、稳定持久、价格低廉的非贵金属电催化剂为目标,基于沸石咪唑酯骨架（Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs）材料衍生的前驱体制备含有双过渡金属活性位点的高性能电催化剂。主要的研究工作及成果如下:（1）选择成本较低且本身含有氧还原催化活性位点的铁卟啉和钴卟啉作为金属源,利用卟啉分子与锌离子的配位作用,对ZIF-8实现双卟啉共修饰,且经热处理后制得新型的Fe CoP@ZIF-8-900电催化剂。其优异的ORR活性表现为在碱性介质中的半波电位达到0.913 V（vs.RHE）,明显超过商业Pt/C,在酸性介质中也可达0.803 V（vs.RHE）,接近Pt/C,均超越了大部分已报道的非贵金属电催化剂。此外,该电催化剂也具有良好的稳定性,在3000圈动电位扫描加速老化测试后,其半波电位在碱性条件下仅衰减16m V,在酸性条件下也只衰减30 m V,其耐久性可与Pt/C相媲美。（2）利用锰离子取代部分锌离子合成ZIF-11,通过掺杂锰离子的方式实现对ZIF-11的修饰。同时引入价格极低且本身含有氧还原催化活性位点的钴酞菁。钴酞菁与金属离子配位,实现对ZIF-11的进一步修饰。热解后得到CoPc@Mn-ZIF-11-950电催化剂,其在碱性介质中的半波电位可达0.864 V（vs.RHE）,和Pt/C几乎相当,而经3000圈动电位扫描加速老化测试后,其半波电位仅衰减15 m V,远小于Pt/C。
谢妍[4]（2021）在《热解自组装铁卟啉制备氧还原电催化剂》文中研究指明质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）因具有能量转化率高、低污染、可靠性高和噪音低等优势而受到高度关注。电催化剂是燃料电池的关键材料。常用的电催化剂是铂碳（Pt/C）,用于改善燃料电池氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）的动力学。然而,贵金属铂的成本高、储量低,严重阻碍了燃料电池的商业化进程。设计和制备新型非贵金属电催化剂替代铂基电催化剂具有重要的意义。本论文通过热解自组装的铁卟啉,获得一系列非贵金属电催化剂。主要研究结论如下:（1）以价格低廉的铁卟啉（氯化血红素,Hemin,缩写为Hm）为前驱体,通过先溶解再析出的方式进行自组装（Self-Assembly,SA）,再经950℃热解,得到电催化剂SA-Hm（950）。在酸性和碱性电解液中,电催化剂SA-Hm（950）的ORR活性明显优于直接热解氯化血红素制得的电催化剂。在碱性电解液中,工作电极上电催化剂的载量为0.8mg cm-2时,电催化剂SA-Hm（950）的起始电位(Eonset)和半波电位(E1/2)为0.893和0.807V（vs.RHE）,比直接热解氯化血红素制得的Eonset（0.882Vvs.RHE）和E1/2（0.783V vs.RHE）分别提高11和24mV。活性提高的主要原因是自组装技术提高了氯化血红素的分散性,降低了铁颗粒的尺寸,有效地抑制了颗粒的聚集,使活性位得以有效地暴露。与工作电极上Pt载量为5μgPt cm-2的商业Pt/C的Eonset（0.908V vs.RHE）和E1/2（0.832Vvs.RHE）相比,分别相差了15和25mV。在耐久性测试中,经1500圈的循环扫描后,商业Pt/C在0.8V（vs.RHE）对应的电流密度衰减了52%,而电催化剂SA-Hm（950）在0.8V（vs.RHE）对应的电流密度仅下降了 8.8%。（2）将氯化血红素自组装在商业炭黑的表面,经950℃热解,制得氧还原电催化剂,有效地提高了铁物种的分散性。在碱性电解液中,工作电极上电催化剂的载量为0.2mg cm-2时,电催化剂SA-30Hm/EC600（950）的E1/2（0.875V vs.RHE）与工作电极上Pt载量为40 μgPt cm-2的商业Pt/C的E1/2（0.873V vs.RHE）基本相同。在电催化剂SA-30Hm/EC600（950）的作用下,中间产物HO2-的产率低于0.7%,平均电子转移数为3.99,说明主要发生直接四电子转移的氧还原反应过程。高密度的铁基活性物种的良好分散是电催化剂SA-30Hm/EC600（950）具有优异ORR活性的主要原因。在耐久性测试中,经2000圈的循环扫描后,商业Pt/C在0.8V（vs.RHE）对应的电流密度衰减了 54%,而电催化剂SA-Hm/EC600（950）在0.8V（vs.RHE）对应的电流密度衰减了 26%。以SA-30Hm/EC600（950）为阴极电催化剂组装碱性膜燃料电池单电池,当电催化剂载量为2.4mg cm-2,碱性聚合物的含量为35wt%时,单池功率密度达到259.2mW cm-2。（3）室温下,以带有相反电荷的铁卟啉（FeⅢNMePyP和FeⅢTPPS4）为前驱体,通过离子自组装得到纳米花状结构。经775℃热解,纳米花形貌得到了良好地保持。分子动力学研究发现,带有相反电荷的铁卟啉之间形成电荷不匹配的二聚体,相邻的卟啉二聚体之间通过π-π、空间位阻、范德华力和静电作用得到扭曲的分子链,分子链之间发生相互缠绕形成稳定的球状体。经分子动力学高温模拟发现球状体具有优异的热稳定性,较好地解释了纳米花高温热解后形貌得以保持的现象。在0.1 MKOH水溶液中,工作电极上电催化剂载量为1.2mg cm-2时,纳米花状电催化剂FeⅢNMePyP/FeⅢTPPS4-RT-775的Eonset和E1/2为0.926和0.842V（vs.RHE）。与工作电极上Pt载量为20μgPtcm-2 的商业 Pt/C的Eonset（0.934V vs.RHE）和E1/2（0.858V vs.RHE）相比,分别相差了 8和16mV。在 0.1M HClO4 水溶液中,电催化剂 FeⅢNMePyP/FeⅢTPPS4-RT-75 的Eonset和E1/2为0.875和0.792V（vs.RHE）,与工作电极上Pt载量为10μgpt cm-2的商业Pt/C的Eonset（0.943V vs.RHE）和 E1/2（0.869V vs.RHE）相比,分别相差了 68 和77 mV。在0.1M HClO4和0.1M KOH水溶液中,所得电催化剂的耐久性均优于商业Pt/C。该方法为设计和制备结构可控的非贵金属电催化剂提供了一条有效的合成路线。
夏云[5]（2021）在《碳基金属酞菁轴向配合物及其负载纤维催化降解有机污染物的研究》文中指出工业化和城市化的快速发展,环境和能源危机的威胁日益加剧,尤其是环境和生态系统中出现的新型有机污染物,这些有机污染物具有结构复杂、难以降解的特点。当这些有机污染物对水体产生污染后,对生物体的生长、发育影响更为严重,最终对人类的身体健康造成不可估量的伤害。因此,对水体中新型有机污染物的高效治理已成为制约国民经济可持续发展的重大问题。有毒有害污染物的主要治理方法有吸附法、絮凝沉淀法、生物法和高级氧化法。吸附法及絮凝沉淀法只是对有机污染物进行了相态的转移,不能完全去除有机污染物。膜过滤法残留在膜上的有机污染物浓度高,易对环境造成二次污染。生物法处理有机污染物占地面积大、处理周期长,且有机污染物对微生物具有毒性而致使其分解效率降低。高级氧化法催化活化氧化剂产生羟基自由基等活性种,但是这些自由基在水体中快速的移动而导致与水体中有机污染物选择性差,而且易氧化催化剂自身导致失活,进而影响到催化剂的循环使用性能。为提高催化剂对底物的选择性及自身的稳定性,从生物酶的结构及催化机理中获得启发,本论文设计制备碳基金属酞菁轴向配合物催化剂,构筑产生高价铁氧活性种的催化体系,用于催化氧化降解水体中有机污染物。为方便催化剂分离循环使用,将催化剂负载于纤维上,研究其催化氧化降解水体中有机污染物的催化性能及机理。论文合成结构稳定的十六氯铁酞菁(FePcCl16),用吡啶（Py）基接枝多壁碳纳米管,通过Py上的N原子与FePcCl16中心的铁离子轴向配位,制备获得催化剂FePcCl16-Py-MWCNTs。实验选取对氯间二甲基苯酚（PCMX）为模型污染物,双氧水（H2O2）为氧化剂,在模拟太阳光照射下催化降解PCMX,研究结果表明该催化体系在酸性和中性的条件下具有优异的催化性能且催化性能优于FePcCl16吸附于MWCNTs上所构筑的FePcCl16-MWCNTs体系。通过异丙醇（IPA）、对苯醌（p-BQ）捕获实验以及电子顺磁共振（EPR）、气质联用（GC-MS）和高分辨质谱（HDMS）研究证明了该催化体系起催化氧化作用的主要活性种为高价铁氧活性种,电化学实验证明了模拟太阳光照增进了FePcCl16与MWCNTs之间的电子转移,促进了高价铁氧活性种的产生而增强了体系的催化性能。为增强催化体系的催化性能,采用多孔结构、吸附性强的碳黑（CB）制备与FePcCl16轴向配位的催化剂FePcCl16-Py-CB。FePcCl16-Py-CB对底物吸附能力强,使其对PCMX的催化降解性能优于FePcCl16-Py-MWCNTs,且模拟太阳光照几乎不影响FePcCl16-Py-CB的催化性能。为进一步研究FePcCl16-Py-CB的催化性能,选取结构更为复杂的激素类模型污染物地塞米松（DXMS）在室温环境中进行催化氧化实验,结果表明该催化体系在酸性和中性条件下均表现出优异的催化性能,经过6次循环使用,该催化体系的催化性能并没有明显地降低。通过IPA、p-BQ捕获实验及EPR、GC-MS研究证明该催化体系中起主要氧化作用的活性种为高价铁氧活性种,其次为羟基自由基和超氧自由基。为使催化剂易于水体分离后循环使用,采用低熔点皮芯聚酯纤维（LMPET）热粘合FePcCl16-Py-CB,获得低熔点皮芯聚酯纤维负载型催化剂FePcCl16-Py-CB/LMPET。通过扫描电镜（SEM）、能量分散谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）和X射线光电子能谱（XPS）表征FePcCl16-Py-CB/LMPET,证明了FePcCl16-Py-CB已经热粘合到LMPET的皮层纤维表面。以FePcCl16-Py-CB/LMPET为催化剂在室温的环境中催化活化H2O2氧化降解DXMS的结果显示,该催化体系在酸性及中性的条件下具有优异的催化性能,经过5次循环使用,该催化体系对DXMS的催化氧化降解率仍在92%以上。通过IPA、p-BQ捕获实验及EPR、GC-MS研究证明该催化体系中仍然是高价铁氧活性种为主的催化机理。为提高纤维负载型催化剂的催化性能,将FePcCl16-Py-CB与聚乳酸（PLA）共混于二氯甲烷/二甲基乙酰胺混合溶液（DCM/DMAC）中离心-静电纺丝制备聚乳酸多孔纳米纤维负载FePcCl16-Py-CB,即FePcCl16-Py-CB/PLAPNFs。通过SEM、XRD、XPS证明了FePcCl16-Py-CB均匀地分散于PLAPNFs中。以FePcCl16-Py-CB/PLAPNFs为催化剂催化活化H2O2降解DXMS,其结果表明该催化体系在酸性、中性的条件下具有优异的催化性能,在碱性的条件下,催化性能略有降低;值得关注的是经过计算FePcCl16-Py-CB/PLAPNFs的催化性能是FePcCl16-Py-CB/LMPET的6.5倍;该催化体系经过5次循环使用后,对DXMS的降解率仍在90%以上;通过IPA、p-BQ捕获实验及EPR、GC-MS研究证明该催化体系中催化机理并没有发生变化。
韩洪仨[6]（2020）在《铁卟啉基氧还原电催化剂的设计、制备及性能研究》文中研究指明聚合物电解质膜燃料电池（PEMFCs）是将化学能直接转化为电能的发电装置,具有能量转换效率高、运行温度低、启动快和清洁无污染等优点。发生在其阴极的氧还原反应（ORR）在很大程度上影响着PEMFCs的性能。目前最常用的ORR电催化剂是商业Pt/C,但由于金属Pt的资源稀缺和价格昂贵,限制了 PEMFCs的大规模发展。为解决这一问题,制备性能优异且原料来源丰富的非贵金属电催化剂是目前研究的一个热点。基于金属卟啉的ORR电催化剂很有希望最终替代Pt,本文围绕这一方向开展了如下几方面的研究工作:（1）将四（4-N-甲基吡啶基）铁卟啉（FeNMePyP）阳离子和杂多酸H3PMo12O40(PMo12)阴离子在乙醇中自组装并担载在多壁碳纳米管（MWCNTs）表面,通过优化FeNMePyP/PMo12复合物在MWCNTs上的载量制备了 一系列FeNMePyP/PMo12-MWCNTs复合电催化剂。在酸性介质中对比了FeNMePyP/PMo12-MWCNTs与单一FeNMePyP或PMo12组分电催化剂的ORR活性,发现FeNMePyP/PMo12-MWCNTs的ORR活性有显着提升(半波电位,E1/2～0.55V vs.RHE),推测其可能原因为PMo12出色的质子传导能力促使了O2在FeNMePyP活性位上更易于与质子相结合,增强了FeNMePyP的ORR活性。（2）通过控制pH值（2-4.6）,使苯胺主要带有正电荷,SiO2纳米球带有负电荷。正负电荷的相互吸引,使得苯胺单体在SiO2表面吸附,聚合后形成聚苯胺（PANI）包覆SiO2复合物（PANI@SiO2）。将四甲氧基苯基铁卟啉（FeTMPP）沉积在PANI@SiO2表面,经高温热解,并去除SiO2模板,得到了一种新型的多孔ORR电催化剂。在碱性介质中,电催化剂的E1/2为0.843V（vs.RHE）,与商业Pt/C相近（0.878V vs.RHE）。电催化剂的ORR活性可能源于电催化剂的孔结构(平均孔径18nm,孔容1.1cm3g-1)、高比表面积(687.5m2g-1)和高氮含量（6.4N%）。在2500圈加速耐久性测试后,电催化剂的E1/2仅衰减25mV,远优于商业Pt/C（衰减74mV）。将此电催化剂应用于氢氧根交换膜燃料电池阴极时,单电池峰值功率密度为42mWcm-2。（3）通过四羧基苯基铁卟啉（FeTCPP）、苯甲酸和ZrⅣ的自组装制备了粒径可调（长75-1200nm,宽50-450nm）的纳米胶囊状金属有机框架（MOFs）PCN-222。热解后纳米胶囊规则地演变为具有六个凹面的类似杨桃状结构。这种纳米杨桃电催化剂在酸性和碱性介质中均表现出优良的ORR活性,E1/2分别可达0.788 V（vs.RHE）和0.873 V（vs.RHE）。基于X射线吸收精细结构谱（XAFS）、球差校正的高角环形暗场-扫描透射电镜（HAADF-STEM）和57Fe穆斯堡尔谱的表征结果,电催化剂优良的ORR活性可能来源于原子级分散的高自旋（O/N）2-FeⅢ-N4活性位。另外,此电催化剂在酸性和碱性介质中都具有较好的耐久性,经2500圈加速耐久性测试后E1/2仅分别衰减了53和18mV(相同条件下商业Pt/C电催化剂E1/2衰减分别为32和74mV)。将电催化剂应用于质子交换膜燃料电池阴极时,单电池峰值功率密度为164mW cm-2。
任希彤[7]（2020）在《氮磷掺杂卟啉基纳米材料的可控制备及其氧还原性能研究》文中提出质子交换膜燃料电池凭借其高转化效率、高能量密度、高安全性、长时间连续供电、环境友好等优点受到了人们的广泛关注。其中燃料电池的阴极氧还原反应的速率比阳极氢氧化反应速率小六到七个数量级,成为了制约整个体系的限速反应。目前以Pt为代表的催化剂虽然具有较好的氧还原性能,但是Pt储量稀少,价格昂贵,同时还存在抗甲醇干扰性能差、易受CO毒害、稳定性差等缺点,限制了它的广泛商业化。因此开发廉价、高稳定性、高活性的非贵金属氧还原电催化剂是推动燃料电池进一步发展的关键。在已报道的众多非贵金属氧还原催化剂中,异质原子掺杂碳材料,尤其是过渡金属（M:Fe、Co、Mn等）和氮（N）共掺杂碳（M-Nx/C）是一类活性较高、且催化稳定性较好的氧还原催化剂。卟啉是一类具有高度π电子共轭结构的平面大环分子,其中心易络合金属离子形成M-N4结构,使之成为一种天然的高活性ORR催化剂。实际应用中,卟啉类材料的导电性不佳,需要高温处理以提高材料导电性。而此类材料大多热稳定性一般,高温热解成碳率低,导致材料中金属原子易于聚集失去活性。此外,热处理过程会破坏材料原有规整形貌,在一定程度上影响材料的催化活性。因此如何有效提高卟啉基材料的热稳定性,抑制高温热解过程中的挥发和分解,使其纳米结构和高浓度M-Nx活性位点碳化后得以保持,实现催化剂整体活性增强,成为研究的重点。针对以上科学问题,本论文拟将磷腈（HCCP）引入到卟啉基材料中,通过磷腈与卟啉共价聚合,制备单分散且具有三维空间网络结构的纳米微球。磷腈的引入以及聚合物空间网络结构的形成,能够有效提高卟啉分子热解过程中的稳定性,保证热解前后卟啉基纳米材料形貌和尺寸基本保持,实现具有高活性位点含量的单分散球形非贵金属催化剂制备,最终提升材料的ORR性能。研究主要从以下两个方面进行:（1）为了提高热稳定性,本章节引入骨架结构稳定且易发生化学反应的磷腈作为结构单元与四苯羟基卟啉（THPP）反应形成聚合物。通过调控反应物的浓度、反应方式、溶剂等,研究卟啉-磷腈（THPP-HCCP）聚合物材料的形貌变化机制,实现了聚合物材料尺寸、形貌的可控制备。选取产量最高且有望实现六方最密堆积形式的球状材料进行后期热处理,研究热解温度、升温速率对微球形貌、催化性能的影响,同时还对N/P在聚合物中不同掺入形式的催化性能进行对比,系列测试证实我们成功获得了热稳定性良好、高温处理后形貌保持的均匀原位N、P掺杂单分散微球,一定程度上解决了卟啉基材料的热稳定性问题。微球以5°C/min的升温速率经过800°C热处理后所得材料表现出了较好的催化性能,半波电位为0.78 V（vs.RHE）,极限电流为5.28 mA·cm-2,同时K-L方程计算电子转移数为3.68,且微球具有优于Pt/C的抗甲醇性能及稳定性。（2）本章中我们通过构筑高活性Co-Nx催化位点,提高活性位点浓度,进一步提升催化活性。合成具有明确Co-N4结构的钴卟啉（Co THPP）与磷腈聚合形成纳米微球（Co THPP-HCCP）,借由聚合形成的空间网络结构优化卟啉中心金属间距,实现热处理过程中活性位点的保持,最终获得更多具有Co-Nx结构的ORR催化剂。系列表征手段证实热处理前后微球形貌保持良好,且具有高达80%的成碳率,热稳定性进一步得到大幅提升。电化学测试结果表明800℃热处理后的微球具有较好的催化性能,半波电位为0.854V（vs.RHE）,优于Pt/C 4mV,极限电流为5.62 mA·cm-2,同时计算结果表明催化过程呈现理想四电子转移,且具有优于Pt/C的抗甲醇性能及稳定性。
翟梓会[8]（2020）在《利用模板调控金属卟啉的组装及热解制备氧还原电催化剂的研究》文中研究指明聚合物电解质膜燃料电池（Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells,PEMFCs）是一种高效、清洁的能量转换装置,具有能量密度高、运行温度低、启动快和可持续发电等优点。PEMFCs阴极氧还原反应动力学缓慢,需要使用大量Pt族贵金属（Platinum Group Metals,PGM）电催化剂提高其反应速率,而PGM的价格高、储量低,限制了 PEMFCs的发展进程。为了解决这一问题,当前主要存在两种策略,一种是降低PGM的用量,另一种是采用非PGM材料作为阴极电催化剂,从而彻底摆脱对PGM的依赖。采用先进的制备方法获得高活性和高耐久性的氧还原（Oxygen Reduction Reaction,ORR）非贵金属电催化剂（Non-Precious Metal Electrocatalysts,NPMEs）是一个重要的研究方向。本文在这一方向开展了如下几方面的研究工作:（1）以四羧基铁卟啉（FeCPP）为自组装结构单元,碳黑BP2000为模板,利用FeCPP中羧基的去质子化和质子化作用调控FeCPP的溶解度,诱导FeCPP在BP2000上自组装,再将此前驱体在氩气气氛下热处理,通过对热处理温度及FeCPP载量的优化,制备了系列NPMEs。在碱性和酸性介质中电催化剂的ORR半波电位分别达到0.88 V（vs.RHE）和0.79V（vs.RHE）。作为对比,将FeCPP与BP2000的混合物进行热解制备出机械混合样品,自组装法制备的电催化剂ORR活性有显着提升,在碱性和酸性介质中半波电位分别提高80mV和100mV。主要原因是自组装过程促使FeCPP在模板上均匀分散,热解后电催化剂表面暴露更多的铁基活性中心,根据SCN-毒化实验,所制备的电催化剂在酸性介质中ORR活性位可能主要为Fe-N-C物种。（2）采用氮甲基四吡啶基铁卟啉（FeNMePyP）和四磺酸基钴卟啉（CoTPPS4）两种带有相反电荷的卟啉进行离子自组装,得到具有纳米线网结构的组装体,再将其分散于碳黑模板EC600表面,通过调节铁、钴双卟啉组装体与EC600的质量比,进而调控双卟啉组装体与模板之间的相互作用,使双卟啉离子自组装纳米结构在模板上均匀分散,高温热解后避免了金属基纳米颗粒的产生。高角环形暗场透射电镜和57Fe穆斯堡尔谱表明电催化剂中只含有原子级分散的Fe、Co位点。原子级分散Fe/Co-N-C电催化剂形成的可能原因是铁卟啉与钴卟啉之间的静电相互作用以及双卟啉自组装纳米结构与模板EC600之间的强相互作用。在碱性电解质中,该电催化剂与商业Pt/C具有相近的ORR活性、更优异的耐久性及抗甲醇毒化性能,其半波电位分别为0.87 V（vs.RHE）和0.88V（vs.RHE）,2500圈加速老化实验后半波电位分别衰减了 17mV和74mV,RRDE实验表明Fe/Co-N-C电催化剂的ORR机理为间接4电子路径。（3）利用血晶素（hemin）与2-甲基咪唑和Zn（Ⅱ）的氢键及配位作用,以血晶素为模板引导ZIF-8的形成,同时将hemin分子原位引入牺牲模板ZIF-8的纳米笼中,得到hemin@ZIF-8杂化前驱体,高温热解后制备出高Fe含量的原子级分散Fe-N-C电催化剂,在酸性介质中氧还原半波电位达到0.83 V（vs.RHE）,与商业Pt/C仅相差30mV,高于大部分所报道的非贵金属电催化剂,且ORR机理为直接4电子路径。基于SCN-毒化实验、原子分辨透射电镜、X-射线精细吸收谱及57Fe穆斯堡尔谱,在酸性介质中优异的ORR活性可能主要来源于高密度分布的原子级Fe-N-C活性位,其Fe含量为4.5 wt%,高于目前所有报道的原子级分散Fe基电催化剂。此外,该电催化剂在酸性介质中3000圈加速老化实验后半波电位降低了 20 mV。存在于ZIF-8纳米笼中的hemin分子减轻了高温热解引起的微孔结构坍塌,微孔面积保留了 84%,这一刚性结构可能有助于该电催化剂展现优异的耐久性。
黄佳维[9]（2020）在《MOF衍生的Fe/N/C氧还原电催化剂的设计，制备和氧还原性能研究》文中认为燃料电池和金属空气电池具有环境友好和能量密度高等优点,是未来理想的动力电源。氧还原反应（ORR）作为这两种电池中重要的半反应,仍然依赖于贵金属催化剂（Pt/C）。然而,铂的储量低且价格昂贵,阻碍了燃料电池和金属空气电池的大规模应用。为解决这个问题,人们付出巨大的努力来寻找高活性和低成本非贵金属催化剂。在各种候选材料中,铁氮共掺杂的碳基材料（Fe/N/C）是最有希望的非铂催化剂之一。然而,当前Fe/N/C氧还原催化剂仍存在活性不足和稳定性较差等问题。与其他前驱体相比,金属有机框架材料（MOFs）具有独特的优势,如表面积大、多孔性、组成/结构多样化以及易制备等,因此MOF衍生的Fe/N/C氧还原电催化剂是当前的一大研究热点。本文通过对MOF前驱体的合理设计制备了一系列Fe/N/C氧还原电催化剂,探讨了材料的微观结构和活性位点对氧还原催化活性的影响,论文主要分为以下四部分内容:（1）金属有机骨架材料中掺杂铁的方式有很多,一般研究人员掺铁时仅作为铁源来创建Fe Nx活性位点,而对掺铁过程中碳材料结构的关注较少。核-壳结构的Fe（OH）3@ZIF-8作为Fe/N/C电催化剂的前驱体。在碳化过程中,随着温度的升高,ZIF-8中封装的Fe（OH）3逐渐演变成氧化铁。氧化铁的作用主要包括创建Fe Nx活性位点以及调整碳材料的结构。性能最佳的C-Fe（OH）3@ZIF-1000催化剂具有空心多面体结构。在碱性溶液中,C-Fe（OH）3@ZIF-1000的ORR活性超过了Pt/C催化剂。在酸性溶液中,C-Fe（OH）3@ZIF-1000半波电位达到0.80 V。当C-Fe（OH）3@ZIF-1000为H2-O2质子交换膜燃料电池（PEMFC）的阴极催化剂时,电池的最大功率密度为411 m W cm-2。（2）离子型金属有机骨架材料中存在可交换的离子,因此含铁离子可以通过离子交换的方式进入MOF空腔。阳离子型金属有机骨架（Cd-TTPBA-4）在铁氰化钾溶液中进行离子交换得到前驱体{K2[Fe（CN）6]}-@Cd-TTPBA-4,通过跟踪K3[Fe（CN）6]溶液UV-vis吸收强度的变化来精确监控阴离子交换过程和Fe掺杂量,高温碳化得到嵌入大量碳化铁纳米颗粒的Fe/N/C氧还原电催化剂,在碱性电解液中氧还原性能优于商业化Pt/C。（3）针对传统模板法存在去除步骤复杂、环境不友好等问题,我们巧妙的采用含有致密Zn（II）-羧酸盐配位单元的八重穿插金属有机骨架（Fe-Zn-TTPA）制备Fe/N/C氧还原电催化剂。在热解过程中,Zn（II）-羧酸盐配位单元逐渐分解为纳米级氧化锌（Zn O）颗粒。氧化锌是一种热可去除模板,可以通过碳热还原来调整碳材料的结构。最佳的催化剂Fe/N/C-1000-0.05含有大量的碳化铁（Fe3C）纳米颗粒和分散的Fe Nx活性位点。在碱性电解液中,催化剂的ORR活性高于Pt/C。此外,Fe/N/C-1000-0.05作为阴极催化剂的锌空电池峰值功率密度达到130 m W cm-2,并且以5 m A cm-2的电流密度持续放电70个小时轻微衰减了3.1%。（4）MOF-5是一种出色的自牺牲模板,具有易于制备、较高的热稳定性和较大的比表面积等优点。MOF-5被广泛用于制备多孔碳材料,但MOF-5衍生的Fe/N/C氧还原催化剂尚未被探索。首先,通过MOF-5和Fe（BF4）2溶液之间固液阳离子交换得到Fe/Zn-MOF-5,阳离子交换法不仅控制Fe原子的掺杂量,而且可以很好地保证Fe原子在整个MOF-5骨架上的均匀分布,有利于抑制热解过程中Fe原子的团聚;然后,利用MOF-5的三维互联通道,将含氮咪唑分子封装到活化的MOF-5中。在最佳条件下,将imidazole@Fe/Zn-MOF-5直接热解产生嵌入了金属碳化物（Fe3C）纳米颗粒的多孔Fe/N/C催化剂,其ORR催化性能(E1/2=0.86 V vs RHE)优于Pt/C,并且在碱性电解液中具有良好的稳定性。组装成锌空电池后,最大功率密度为85 m W cm-2。这项工作中的策略具有广泛的通用性,可以拓展到其他过渡金属掺杂的碳基催化剂,为MOF衍生的碳基催化剂提供了新的切入点。
李寒煜[10]（2019）在《基于卟啉结构的金属-氮-碳催化剂的设计与制备及其在氧气还原反应中的应用研究》文中研究说明氧还原反应作为燃料电池、金属-空气电池等能源转换装置以及氯碱工业中的阴极反应,过电位高,动力学过程缓慢,反应历程复杂,需要高效的电催化剂降低反应过电位,加速动力学过程以及控制反应路径。目前商业化的氧还原反应催化剂仍然依赖于贵金属铂或铂基合金,其稀缺的储量和高昂的成本限制了这些能源转换装置的推广和应用。因此,开发基于非贵金属的低成本、高催化活性、高稳定性的氧还原催化剂具有十分重要的意义。本论文利用金属卟啉类化合物的金属-氮配位结构,从提高催化剂的本征活性、增加活性位点密度以及优化孔道结构的角度出发,通过引入无机盐或调控炭载体结构以控制金属卟啉的热解过程,制备了不同尺度的过渡金属-氮-碳氧还原催化剂,探讨了金属-氮配位活性位点的化学状态,催化剂的比表面积及孔道结构对催化剂氧还原性能的影响规律,为非贵金属催化剂的合成制备及性能优化提供了设计思路和借鉴实例。取得的主要创新成果如下:（1）以商业炭黑为载体,通过π-π共轭作用将金属卟啉负载于炭黑表面,制备了炭黑负载金属卟啉复合催化剂,通过调控中心金属种类、金属卟啉负载量、热解温度等参数,探究了催化剂在氧还原反应中的活性中心以及热解过程对氧还原性能的影响规律。研究发现,在非热解的条件下,锰、铁、钴、镍卟啉的本征活性不高,反应介于二电子和四电子反应路径之间。通过热处理能够显着提升炭载金属卟啉的氧还原活性,不同中心金属催化氧还原的活性顺序为:铁>钴>锰>镍。通过选择不同炭载体,同样热处理温度下,具有最大比表面积的炭黑负载的铁卟啉具有最高的氧还原活性。在热解过程中金属离子相互团聚形成低催化活性的纳米颗粒以及比表面积的迅速下降是制约催化剂活性进一步提高的关键因素。（2）通过冰/盐辅助的方法制备得到超薄二维铁、氮共掺杂炭纳米片。冻干过程中冰作为模板辅助形成二维片状铁卟啉-氯化钾复合物,在随后的热解过程中氯化钾无机盐作为封装反应器有效限制了铁卟啉分解中间产物的逸出,同时分解产生的气体在逸出过程中对中间产物产生活化作用,形成大量微孔。通过优化热解温度,氯化钾加入量,得到具有高比表面积和分级多孔结构的炭纳米片。当热解温度为800℃,氯化钾加入量为10 g时得到的炭纳米片具有超薄的二维结构,比表面积为744 m2 g-1,孔容为0.55 cm3 g-1,纳米片厚度约为3.5nm。催化剂优异的氧还原活性和稳定性得益于高度暴露的具有高本征活性的Fe-N4活性位点和有利于氧气还原反应物和产物高效传输的微/介孔结构。（3）以生物质猪骨作为炭源,利用其胶原蛋白和羟基磷灰石的微观交替分布结构,以胶原蛋白为炭源,羟基磷灰石为天然模板,通过炭化活化得到具有高比表面积,丰富孔道结构的分级多孔炭。通过将铁卟啉吸附到基于猪骨的分级多孔炭中并进行热解,酸洗和二次热处理,制备得到具有高氧还原催化性能的铁、氮共掺杂分级多孔炭催化剂。通过穆斯堡尔谱对酸洗和二次热处理后催化剂活性提升机制进行了探究,观察到在酸洗和二次热处理后Fe-N4活性位点发生了重构,形成具有高催化活性的D1和D3 Fe-N4活性位点。（4）在前一部分工作的基础上,着力于充分利用成本低廉,并且具有天然卟啉结构的生物质前驱体,制备基于全生物质的金属-氮-碳催化剂。以食品工业副产品牛血为前驱体,将红细胞与血清分离。从红细胞中提取具有铁卟啉结构的血晶素;不同于将血清直接炭化或与氯化锌共混活化得到的无孔炭或微孔炭,巧妙利用血清中丰富的二硫键在碱性中容易被锌离子活化的特点原位形成硫化锌模板,经过高温炭化及酸洗除模板得到具有高比表面积（1455.5 m2g-1）,大孔容（0.75 cm3 g-1）的分级多孔炭,以作为吸附血晶素的理想炭载体。通过高温热处理得到具有高氧还原催化性能的铁-氮-碳催化剂,为低成本,可规模化制备高效氧还原催化剂以及食品工业副产品的高附加值再利用开辟了新途径。（5）通过对所制备催化剂的活性位点、孔道结构以及催化活性的分析比较,提出高活性铁-氮-碳催化剂的设计原则:制备高性能铁-氮-碳催化剂的首要条件是得到具有高本征活性的Fe-N4活性位点,这些位点是氧气分子电还原发生的场所,也是提升氧气还原效率的根本途径。其次,炭载体中的丰富微孔能够有效捕获热分解过程中的铁原子得到Fe-N4活性位点,同时抑制铁离子之间的迁移团聚,实现活性位点密度的提升。最后,活性位点需要在电解液中与氧气分子进行充分接触,使活性位点的利用率得到充分提高,而炭载体中互相连通的介孔和大孔实现了活性位点与电解液的充分接触,缩短了传质距离,减小了传质阻力,这种分级孔道结构为活性位点的充分利用和发挥作用提供了重要保证。
二、热处理温度对铁卟啉电催化性能的影响（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、热处理温度对铁卟啉电催化性能的影响（论文提纲范文）
（2）铁卟啉MOFs基氧还原电催化剂的设计、制备及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 燃料电池 |
| 1.1.1 燃料电池概述 |
| 1.1.2 H_2O_2型聚合物电解质膜燃料电池 |
| 1.1.3 ORR机理 |
| 1.2 ORR电催化剂 |
| 1.2.1 Pt基电催化剂 |
| 1.2.2 NPMECs活性位点的探究 |
| 1.2.3 金属卟啉基电催化剂 |
| 1.3 金属卟啉MOFs基 ORR电催化剂的发展前景 |
| 1.4 本论文的选题和设计思路 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 主要实验试剂与设备 |
| 2.2 电催化剂的制备 |
| 2.3 电催化剂的表征 |
| 2.3.1 X射线衍射 |
| 2.3.2 热重分析 |
| 2.3.3 紫外-可见吸收光谱 |
| 2.3.4 傅里叶变换红外光谱 |
| 2.3.5 透射电子显微镜 |
| 2.3.6 场发射扫描电镜 |
| 2.3.7 超高分辨率场发射扫描电镜 |
| 2.3.8 X射线光电子能谱 |
| 2.3.9 质谱分析 |
| 2.3.10 N_2吸脱附测试 |
| 2.3.11 电感耦合等离子体发射光谱 |
| 2.3.12 拉曼光谱 |
| 2.3.13 X射线吸收精细结构谱 |
| 2.4 电催化剂ORR性能的测试与评估 |
| 2.4.1 参比电极电位校正 |
| 2.4.2 循环伏安和线性扫描伏安测试 |
| 2.4.3 旋转环盘电极测试 |
| 2.4.4 计时电流法测试 |
| 2.4.5 加速耐久性测试 |
| 3 热解Fe卟啉修饰的卟啉MOFs基 Fe单原子分散的纳米棒状氧还原电催化剂的制备及其性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 电催化剂的制备 |
| 3.2.1 Fe~(III)TCPP的制备 |
| 3.2.2 前驱体的制备 |
| 3.2.3 电催化剂的制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 PCN-222 MOFs的修饰策略及可行性分析 |
| 3.3.2 电催化剂合成参数的优化调控 |
| 3.3.3 电催化剂的结构表征 |
| 3.3.4 电催化剂ORR催化活性测评 |
| 3.3.5 电催化剂RRDE测评 |
| 3.3.6 电催化剂稳定性测评 |
| 3.3.7 电催化抗甲醇毒化性能测试 |
| 3.3.8 电催化剂活性位点的研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 Ce-Zr双金属团簇MOFs基纳米棱柱氧还原电催化剂的制备及其性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电催化剂的制备 |
| 4.2.1 单金属团簇MOFs的制备 |
| 4.2.2 双金属团簇X-Hemin@Ce_Y-Zr-MOFs的制备 |
| 4.2.3 电催化剂的制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 Ce-Zr双金属团簇MOFs基电催化剂拟解决的关键问题及可行性分析 |
| 4.3.2 电催化剂合成参数的优化 |
| 4.3.3 电催化剂的结构表征 |
| 4.3.4 电催化剂的ORR综合性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 创新点与展望 |
| 5.1 创新点 |
| 5.2 展望 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 A 附录内容名称 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（3）ZIFs衍生的双过渡金属氧还原电催化剂的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 燃料电池 |
| 1.2.1 燃料电池概述 |
| 1.2.2 聚合物电解质膜燃料电池概述 |
| 1.2.3 氧还原反应概述 |
| 1.3 氧还原电催化剂 |
| 1.3.1 贵金属电催化剂 |
| 1.3.2 非贵金属电催化剂 |
| 1.4 本文选题和研究思路 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 实验所用试剂及原料 |
| 2.2 前驱体及电催化剂的制备 |
| 2.3 前驱体及电催化剂的表征分析 |
| 2.3.1 透射电子显微镜 |
| 2.3.2 X射线衍射 |
| 2.3.3 拉曼光谱 |
| 2.3.4 傅里叶变换红外光谱 |
| 2.3.5 X射线光电子能谱 |
| 2.3.6 氮气物理吸脱附 |
| 2.3.7 电感耦合等离子光谱 |
| 2.4 电催化剂的电化学测试 |
| 2.4.1 工作电极的制备 |
| 2.4.2 循环伏安及线性扫描测试 |
| 2.4.3 旋转环盘电极测试 |
| 2.4.4 加速老化测试 |
| 2.4.5 抗甲醇毒化测试 |
| 3 铁、钴卟啉共修饰ZIF-8 衍生的双金属复合电催化剂的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 铁、钴卟啉共修饰ZIF-8 衍生的双金属复合电催化剂的制备 |
| 3.2.1 ZIF-8 的合成 |
| 3.2.2 前驱体FeCoP@ZIF-8、FeP@ZIF-8及CoP@ZIF-8 的合成 |
| 3.2.3 电催化剂FeCoP@ZIF-8-900、FeP@ZIF-8-900及CoP@ZIF-8-900的制备 |
| 3.2.4 机械研磨FeCoP/ZIF-8及FeCoP/ZIF-8-900 的制备 |
| 3.3 前驱体FeCoP@ZIF-8 的结构分析 |
| 3.4 电催化剂制备条件的调控 |
| 3.4.1 热解温度的调控 |
| 3.4.2 卟啉引入量的调控 |
| 3.4.3 卟啉比例的调控 |
| 3.4.4 电极担载量的调控 |
| 3.4.5 FeCoP@ZIF-8-900 的结构分析 |
| 3.4.6 不同合成方法的拓展探究 |
| 3.5 电催化剂FeCoP@ZIF-8-900 的性能研究 |
| 3.5.1 氧还原活性测试 |
| 3.5.2 过氧化物产率及电子转移数测试 |
| 3.5.3 耐久性测试 |
| 3.5.4 抗甲醇毒化性测试 |
| 3.6 单卟啉修饰的前驱体及电催化剂的结构分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 钴酞菁修饰锰掺杂ZIF-11 衍生的双金属复合电催化剂的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 钴酞菁修饰锰掺杂ZIF-11 衍生的双金属复合电催化剂的制备 |
| 4.2.1 ZIF-11及Mn-ZIF-11 的合成 |
| 4.2.2 前驱体CoPc@Mn-ZIF-11和CoPc@ZIF-11 的合成 |
| 4.2.3 电催化剂CoPc@Mn-ZIF-11-950、CoPc@ZIF-11-950、Mn-ZIF-11-950及CoPc-950 的制备 |
| 4.2.4 机械研磨CoPc/Mn-ZIF-11及CoPc/Mn-ZIF-11-950 的制备 |
| 4.3 前驱体CoPc@Mn-ZIF-11 的结构分析 |
| 4.4 电催化剂的制备条件调控及结构对比分析 |
| 4.4.1 热解温度的调控 |
| 4.4.2 酞菁引入量的调控 |
| 4.4.3 金属离子比例的调控 |
| 4.4.4 电极担载量的调控 |
| 4.4.5 CoPc@Mn-ZIF-11-950 的结构分析 |
| 4.4.6 不同合成方法的对比分析 |
| 4.5 电催化剂CoPc@Mn-ZIF-11-950 的性能研究及探讨 |
| 4.5.1 氧还原活性测试 |
| 4.5.2 过氧化物产率及电子转移数测试 |
| 4.5.3 耐久性测试 |
| 4.5.4 抗甲醇毒化性测试 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（4）热解自组装铁卟啉制备氧还原电催化剂（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 主要缩略词 |
| 1 绪论 |
| 1.1 燃料电池 |
| 1.1.1 燃料电池的发展 |
| 1.1.2 氧还原反应机理 |
| 1.1.3 电化学性能测试 |
| 1.2 铂基电催化剂 |
| 1.3 非贵金属电催化剂 |
| 1.3.1 杂原子掺杂的碳 |
| 1.3.2 过渡金属氧化物 |
| 1.3.3 过渡金属碳化物 |
| 1.3.4 过渡金属-氮-碳 |
| 1.4 本论文的选题和研究思路 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 试剂 |
| 2.2 电催化剂的制备 |
| 2.3 电催化剂的表征 |
| 2.3.1 X-射线衍射 |
| 2.3.2 X射线光电子能谱 |
| 2.3.3 热重分析 |
| 2.3.4 扫描电子显微镜 |
| 2.3.5 透射电子显微镜和能量色散X射线荧光光谱仪分析 |
| 2.3.6 氮气物理吸脱附 |
| 2.3.7 元素分析 |
| 2.3.8 拉曼光谱 |
| 2.3.9 穆斯堡尔谱 |
| 2.3.10 X射线吸收光谱 |
| 2.4 电化学性能测试 |
| 2.4.1 制备工作电极 |
| 2.4.2 校正参比电极 |
| 2.4.3 循环伏安和旋转圆盘电极测试 |
| 2.4.4 旋转环盘电极测试 |
| 2.4.5 耐久性测试 |
| 2.4.6 抗甲醇毒化性能测试 |
| 3 热解自组装的氯化血红素制备氧还原电催化剂 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 电催化剂的制备 |
| 3.3 电催化剂的表征 |
| 3.3.1 电催化剂的组分解析 |
| 3.3.2 电催化剂的表面元素分析 |
| 3.3.3 电催化剂的结构分析 |
| 3.3.4 电催化剂的磁性分析 |
| 3.4 电化学性能的研究 |
| 3.4.1 热解温度对电化学活性的影响 |
| 3.4.2 电催化剂的活性和耐久性测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 热解炭黑担载的自组装氯化血红素制备氧还原电催化剂 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电催化剂的制备 |
| 4.3 电催化剂的结构和组成分析 |
| 4.3.1 电催化剂SA-30Hm/EC600 (950)的结构分析 |
| 4.3.2 电催化剂SA-30Hm/EC600 (950)的组分分析 |
| 4.3.3 合成参数对电催化剂组成的影响 |
| 4.3.4 铁基活性物种的分析 |
| 4.4 电化学性能的研究 |
| 4.4.1 合成参数对电催化剂ORR活性的影响 |
| 4.4.2 电催化剂的活性和耐久性测试 |
| 4.4.3 燃料电池单池性能测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 热解离子自组装的铁卟啉制备纳米花状氧还原电催化剂 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 电催化剂的制备 |
| 5.3 电催化剂形貌和组成分析 |
| 5.3.1 电催化剂形貌的调控 |
| 5.3.2 电催化剂的表面元素分析 |
| 5.3.3 分子动力学模拟 |
| 5.4 电化学性能测试 |
| 5.4.1 电催化剂在碱性电解液中的性能测试 |
| 5.4.2 电催化剂在酸性电解液中的性能测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 后续研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）碳基金属酞菁轴向配合物及其负载纤维催化降解有机污染物的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和选题意义 |
| 1.2 国内外新型有机污染物的处理方法 |
| 1.2.1 吸附法 |
| 1.2.2 膜过滤法 |
| 1.2.3 絮凝沉淀法 |
| 1.2.4 生物法 |
| 1.2.5 高级氧化法 |
| 1.2.5.1 臭氧体系 |
| 1.2.5.2 芬顿体系及类芬顿体系 |
| 1.3 仿酶催化法 |
| 1.3.1 仿超氧化物歧化酶(SOD) |
| 1.3.2 仿P450酶 |
| 1.3.3 仿过氧化氢酶 |
| 1.3.4 仿过氧化物酶 |
| 1.3.5 金属酞菁模拟酶的研究现状 |
| 1.4 课题的提出和主要研究内容 |
| 1.4.1 课题的提出 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 第二章 多壁碳纳米管金属酞菁轴向配合物催化降解水体有机污染物 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验原料和仪器 |
| 2.2.1.1 材料与试剂 |
| 2.2.1.2 实验仪器 |
| 2.2.2 十六氯铁酞菁(FePcCl_(16))的合成 |
| 2.2.3 多壁碳纳米管十六氯铁酞菁轴向配合物(FePcCl_(16)-Py-MWCNTs)合成 |
| 2.2.4 FePcCl_(16)-Py-MWCNTs的表征 |
| 2.2.4.1 场发射扫描电镜(SEM)测试 |
| 2.2.4.2 透射电子显微镜(TEM)测试 |
| 2.2.4.3 傅里叶红外光谱(FTIR)测试 |
| 2.2.4.4 拉曼光谱(Raman)测试 |
| 2.2.4.5 X射线衍射(XRD)测试 |
| 2.2.4.6 X射线光电子能谱(XPS)测试 |
| 2.2.4.7 热重分析仪(TGA)测试 |
| 2.2.4.8 紫外-可见光谱(UV-vis)测试 |
| 2.2.5 催化降解的实验方法和分析方法 |
| 2.2.5.1 催化降解的实验方法 |
| 2.2.5.2 催化降解的分析方法 |
| 2.2.6 催化机理分析 |
| 2.2.7 电化学性能测试 |
| 2.2.8 降解中间产物及最终产物分析 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 FePcCl_(16)-Py-MWCNTs的表征 |
| 2.3.1.1 红外光谱(FTIR)分析 |
| 2.3.1.2 拉曼光谱(Raman)分析 |
| 2.3.1.3 紫外-可见光谱(UV-vis)分析 |
| 2.3.1.4 紫外-可见漫反射光谱(DRS)分析 |
| 2.3.1.5 X射线衍射(XRD)分析 |
| 2.3.1.6 透射电镜(TEM)及能量色散谱(EDS)分析 |
| 2.3.1.7 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
| 2.3.2 FePcCl_(16)-Py-MWCNTs的催化性能 |
| 2.3.2.1 FePcCl_(16)-Py-MWCNTs浓度的影响 |
| 2.3.2.2 H_2O_2浓度的影响 |
| 2.3.2.3 PCMX浓度的影响 |
| 2.3.2.4 模拟太阳光照的影响 |
| 2.3.2.5 pH值的影响 |
| 2.3.2.6 无机盐的影响 |
| 2.3.2.7 催化降解PCMX的循环使用性能 |
| 2.3.2.8 FePcCl_(16)-Py-MWCNTs对不同底物的催化降解 |
| 2.3.3 FePcCl_(16)-Py-MWCNTs的催化机理分析 |
| 2.3.3.1 自由基捕获剂对体系中催化性能的影响 |
| 2.3.3.2 电子顺磁共振(EPR)分析 |
| 2.3.3.3 气相色谱-质谱(GC-MS)分析 |
| 2.3.3.4 高分辨质谱(ESI-MS)分析 |
| 2.3.3.5 电化学性质 |
| 2.3.4 PCMX的催化降解历程分析 |
| 2.3.5 RhB降解历程分析 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 碳黑金属酞菁轴向配合物催化降解水体有机污染物 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验原料与仪器 |
| 3.2.1.1 实验原料 |
| 3.2.1.2 实验仪器 |
| 3.2.2 碳基金属酞菁轴向配合物的制备 |
| 3.2.3 碳基金属酞菁轴向配合物的催化性能比较 |
| 3.2.3.1 催化性能比较 |
| 3.2.3.2 电化学性能比较 |
| 3.2.3.3 吸附性能的比较 |
| 3.2.3.4 比表面积和孔隙测试 |
| 3.2.4 FePcCl_(16)-Py-CB的表征 |
| 3.2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)测试 |
| 3.2.4.2 透射电子显微镜(TEM)测试 |
| 3.2.4.3 傅里叶红外光谱(FTIR)测试 |
| 3.2.4.4 拉曼光谱(Raman)测试 |
| 3.2.4.5 X射线衍射(XRD)测试 |
| 3.2.4.6 X射线光电子能谱(XPS)测试 |
| 3.2.4.7 热重分析仪(TGA)测试 |
| 3.2.4.8 紫外-可见光谱(UV-vis)测试 |
| 3.2.5 催化降解的实验方法和分析方法 |
| 3.2.5.1 催化降解的实验方法 |
| 3.2.5.2 催化降解的分析方法 |
| 3.2.6 催化机理分析 |
| 3.2.7 降解中间产物及最终产物分析 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 FePcCl_(16)-Py-MWCNTs和FePcCl_(16)-Py-CB催化性能的比较 |
| 3.3.2 扫描电镜(SEM)分析 |
| 3.3.3 透射电镜(TEM)及能谱(EDS)分析 |
| 3.3.4 X射线衍射(XRD)分析 |
| 3.3.5 紫外-可见光谱(UV-vis)分析 |
| 3.3.6 拉曼光谱(Raman)分析 |
| 3.3.7 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
| 3.3.8 热重分析(TGA) |
| 3.3.9 FePcCl_(16)-Py-CB催化性能 |
| 3.3.9.1 催化剂浓度 |
| 3.3.9.2 双氧水浓度 |
| 3.3.9.3 温度的影响 |
| 3.3.9.4 p H的影响 |
| 3.3.9.5 无机盐的影响 |
| 3.3.9.6 循环使用性能 |
| 3.3.10 机理分析 |
| 3.3.10.1 自由基捕获剂对体系催化性能的影响 |
| 3.3.10.2 自由基分析 |
| 3.3.10.3 高价铁氧活性种检测 |
| 3.3.11 DXMS的降解产物及降解历程的分析 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 聚酯纤维负载碳黑金属酞菁轴向配合物催化降解水体中有机污染物 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验原料与仪器 |
| 4.2.1.1 材料与试剂 |
| 4.2.1.2 实验仪器 |
| 4.2.2 FePcCl_(16)-Py-CB/LMPET制备 |
| 4.2.3 FePcCl_(16)-Py-CB/LMPET的表征 |
| 4.2.3.1 扫描电镜(SEM)测试和能谱(EDS)测试 |
| 4.2.3.2 X射线衍射(XRD)测试 |
| 4.2.3.3 差示扫描量热(DSC)测试 |
| 4.2.3.4 X射线光电子能谱仪(XPS)测试 |
| 4.2.4 FePcCl_(16)-Py-CB/LMPET催化性能测试 |
| 4.2.5 催化机理研究 |
| 4.2.6 氧化降解的中间产物和最终产物的测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 FePcCl_(16)-Py-CB/LMPET表征 |
| 4.3.1.1 扫描电镜(SEM)分析 |
| 4.3.1.2 X射线衍射(XRD) |
| 4.3.1.3 差示扫描量热(DSC)分析 |
| 4.3.1.4 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
| 4.3.2 FePcCl_(16)-Py-CB/LMPET的催化性能 |
| 4.3.2.1 催化剂浓度的影响 |
| 4.3.2.2 H_2O_2浓度的影响 |
| 4.3.2.3 温度的影响 |
| 4.3.2.4 pH的影响 |
| 4.3.2.5 无机盐的影响 |
| 4.3.2.6 循环使用性能 |
| 4.3.3 催化机理 |
| 4.3.3.1 自由基捕获剂的影响 |
| 4.3.3.2 自由基分析 |
| 4.3.3.3 气相色谱-质谱分析 |
| 4.3.4 DXMS降解历程分析 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 聚乳酸多孔纳米纤维负载碳黑金属酞菁轴向配合物催化降解水体中有机污染物 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 实验原料与仪器 |
| 5.2.1.1 材料与试剂 |
| 5.2.1.2 实验仪器 |
| 5.2.2 FePcCl_(16)-Py-CB/PLAPNFs制备 |
| 5.2.3 FePcCl_(16)-Py-CB/PLAPNFs的表征 |
| 5.2.3.1 扫描电镜(SEM)测试 |
| 5.2.3.2 X射线衍射(XRD)测试 |
| 5.2.3.3 差示扫描量热法(DSC)测试 |
| 5.2.3.4 X射线光电子能谱仪(XPS)测试 |
| 5.2.4 FePcCl_(16)-Py-CB/PLAPNFs催化性能测试 |
| 5.2.5 催化机理研究 |
| 5.2.6 氧化降解的中间产物和最终产物的测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 FePcCl_(16)-Py-CB/PLAPNFs表征 |
| 5.3.1.1 扫描电镜(SEM)分析 |
| 5.3.1.2 X射线衍射(XRD)分析 |
| 5.3.1.3 差示扫描量热(DSC)分析 |
| 5.3.1.4 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
| 5.3.2 FePcCl_(16)-Py-CB/PLAPNF/H_2O_2催化性能 |
| 5.3.2.1 催化剂浓度的影响 |
| 5.3.2.2 H_2O_2 的浓度 |
| 5.3.2.3 温度的影响 |
| 5.3.2.4 pH的影响 |
| 5.3.2.5 无机盐的影响 |
| 5.3.2.6 循环使用性能 |
| 5.3.2.7 催化降解其它有机污染物的性能 |
| 5.3.3 FePcCl_(16)-Py-CB/PLAPNF/H_2O_2催化机理 |
| 5.3.3.1 自由基捕获剂的影响 |
| 5.3.3.2 EPR分析 |
| 5.3.3.3 气相色谱-质谱(GC-MS)分析 |
| 5.3.3.4 FePcCl_(16)-Py-CB/PLAPNFs/H_2O_2催化体系中DXMS的降解历程分析 |
| 5.3.3.5 FePcCl_(16)-Py-CB/PLAPNFs/H_2O_2体系中CBZ的降解历程 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结及展望 |
| 参考文献 |
| 博士期间主要成果 |
| 致谢 |
（6）铁卟啉基氧还原电催化剂的设计、制备及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 主要缩略词 |
| 1 绪论 |
| 1.1 燃料电池 |
| 1.1.1 燃料电池概述 |
| 1.1.2 聚合物电解质膜燃料电池 |
| 1.1.3 氧还原反应过程 |
| 1.2 ORR电催化剂 |
| 1.2.1 铂基电催化剂 |
| 1.2.2 金属卟啉基电催化剂 |
| 1.2.3 金属卟啉基电催化剂的活性位 |
| 1.2.4 金属卟啉基电催化剂应具备的性能 |
| 1.3 ORR电催化剂的性能评价方法 |
| 1.3.1 电化学性能测试 |
| 1.3.2 单电池性能测试 |
| 1.4 本论文的选题和设计思路 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 主要实验试剂与原料 |
| 2.2 电催化剂的制备 |
| 2.3 电催化剂的表征 |
| 2.3.1 透射电子显微镜 |
| 2.3.2 扫描电子显微镜 |
| 2.3.3 X射线衍射 |
| 2.3.4 X射线光电子能谱 |
| 2.3.5 质谱分析 |
| 2.3.6 紫外-可见吸收光谱 |
| 2.3.7 热重分析 |
| 2.3.8 低温N_2吸脱附 |
| 2.3.9 电感耦合等离子体发射光谱 |
| 2.3.10 傅里叶变换红外光谱 |
| 2.3.11 拉曼光谱 |
| 2.3.12 X射线吸收精细结构谱 |
| 2.3.13 穆斯堡尔谱 |
| 2.4 电催化剂性能测试 |
| 2.4.1 参比电极电位校正 |
| 2.4.2 循环伏安与线性扫描伏安测试 |
| 2.4.3 旋转环盘电极测试 |
| 2.4.4 计时电流法测试 |
| 2.4.5 加速耐久性测试 |
| 2.4.6 质子交换膜燃料电池性能测试 |
| 2.4.7 氢氧根交换膜燃料电池性能测试 |
| 2.4.8 单电池电化学阻抗测试 |
| 3 自组装合成金属卟啉/杂多酸-碳纳米管复合电催化剂及其氧还原活性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂的制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 电催化剂制备路线设计 |
| 3.3.2 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂的FTIR与XPS测试 |
| 3.3.3 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂中活性组分载量的测定 |
| 3.3.4 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂的TEM及元素分布图 |
| 3.3.5 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂的拉曼光谱及BET比表面积测试 |
| 3.3.6 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂的ORR活性 |
| 3.3.7 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂的ORR催化选择性 |
| 3.3.8 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂的抗甲醇性能 |
| 3.3.9 FeNMePyP/PMo_(12)-MWCNTs电催化剂的加速耐久性测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 多孔金属卟啉/聚苯胺基氧还原电催化剂的制备及其性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的制备 |
| 4.2.1 SiO_2模板的合成 |
| 4.2.2 FeTMPP/PANI@SiO_2电催化剂前驱体的制备 |
| 4.2.3 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 电催化剂制备路线设计 |
| 4.3.2 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的FTIR测试 |
| 4.3.3 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的TEM测试 |
| 4.3.4 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的BET比表面积与孔径分布 |
| 4.3.5 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的拉曼光谱与XRD测试 |
| 4.3.6 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的XPS与元素分布图 |
| 4.3.7 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的ORR活性 |
| 4.3.8 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的ORR催化选择性 |
| 4.3.9 多孔FeTMPP/PANI电催化剂的耐久性及单电池性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 热解金属卟啉单原子分散纳米杨桃氧还原电催化剂的制备及其性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 纳米杨桃电催化剂的制备 |
| 5.2.1 FeTCPP的制备 |
| 5.2.2 PCN-222纳米胶囊的制备 |
| 5.2.3 纳米杨桃电催化剂的制备 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 电催化剂制备路线设计 |
| 5.3.2 PCN-222纳米胶囊尺寸的调控 |
| 5.3.3 热解温度对纳米杨桃电催化剂结构的影响 |
| 5.3.4 纳米杨桃电催化剂的ORR活性 |
| 5.3.5 纳米杨桃电催化剂活性位点的研究 |
| 5.3.6 阴极电催化剂载量对MEA结构的影响 |
| 5.3.7 阴极催化剂层I/C对MEA结构的影响 |
| 5.3.8 热压压强对MEA结构的影响 |
| 5.3.9 阴极电催化剂载量对MEA性能的影响 |
| 5.3.10 阴极催化剂层中I/C对MEA性能的影响 |
| 5.3.11 热压压强对MEA性能的影响 |
| 5.3.12 单电池工作温度对MEA性能的影响 |
| 5.3.13 单电池工作背压对MEA性能的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 本工作主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
（7）氮磷掺杂卟啉基纳米材料的可控制备及其氧还原性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 燃料电池概述 |
| 1.2.1 燃料电池的分类 |
| 1.2.2 燃料电池的工作原理 |
| 1.2.3 燃料电池目前发展及问题 |
| 1.3 非贵金属氧还原电催化剂研究进展 |
| 1.3.1 非金属掺杂碳氧还原电催化剂 |
| 1.3.2 过渡金属化合物氧还原反应催化剂 |
| 1.3.3 M-N_x/C非贵金属氧还原反应催化剂 |
| 1.4 卟啉类氧还原电催化剂研究进展 |
| 1.4.1 卟啉简介 |
| 1.4.2 与碳载体复合 |
| 1.4.3 卟啉基MOFs |
| 1.4.4 卟啉基聚合物 |
| 1.5 卟啉基氧还原催化剂存在的问题 |
| 1.6 本论文的研究思路、研究内容及创新之处 |
| 1.6.1 研究思路 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 1.6.3 创新之处 |
| 第二章 卟啉-磷腈的可控合成及其氧还原性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验试剂 |
| 2.2.2 实验设备 |
| 2.2.3 材料的物性表征 |
| 2.2.4 电化学表征前处理 |
| 2.2.5 电化学表征测试 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 (5,10,15,20)-四-苯羟基卟啉(THPP)单体的表征 |
| 2.3.2 THPP-HCCP聚合物合成的调控及形貌变化机理分析 |
| 2.3.3 THPP-HCCP聚合物微球的物性表征 |
| 2.3.4 热处理后微球的物性表征 |
| 2.3.5 N、P双掺杂卟啉基聚合物的电化学性能测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 钴卟啉-磷腈的可控合成及其氧还原性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验试剂 |
| 3.2.2 实验设备 |
| 3.2.3 材料的物性表征 |
| 3.2.4 电化学表征前处理及表征测试 |
| 3.2.5 实验步骤 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 (5,10,15,20)-四-苯羟基钴卟啉(CoTHPP)单体的表征 |
| 3.3.2 CoTHPP-HCCP微球的合成与机理验证 |
| 3.3.3 CoTHPP-HCCP聚合物微球的物性表征 |
| 3.3.4 热处理后催化剂的物性表征 |
| 3.3.5 催化剂的电化学性能测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 总结与展望 |
| 4.1 工作总结 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（8）利用模板调控金属卟啉的组装及热解制备氧还原电催化剂的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 燃料电池简介 |
| 1.1.1 燃料电池发展历史 |
| 1.1.2 燃料电池分类 |
| 1.1.3 燃料电池结构和原理 |
| 1.2 阴极氧还原反应 |
| 1.3 燃料电池面临的挑战 |
| 1.4 非贵金属氧还原电催化剂 |
| 1.4.1 金属-氮-碳类电催化剂的合成策略 |
| 1.4.2 小分子及含氮聚合物为前驱体 |
| 1.4.3 有机框架结构为前驱体 |
| 1.4.4 金属大环化合物为前驱体 |
| 1.5 金属大环化合物及其自组装概述 |
| 1.5.1 分子自组装 |
| 1.5.2 金属大环化合物简介 |
| 1.5.3 溶液中的卟啉自组装 |
| 1.6 本文主要研究思路与内容 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 实验试剂及原料 |
| 2.2 电催化剂的制备 |
| 2.3 电催化剂的物理表征 |
| 2.3.1 紫外-可见光谱 |
| 2.3.2 傅里叶变换红外光谱 |
| 2.3.3 拉曼光谱 |
| 2.3.4 X射线光电子能谱 |
| 2.3.5 电感耦合等离子体原子发射光谱 |
| 2.3.6 热重分析 |
| 2.3.7 氮气物理吸脱附 |
| 2.3.8 粉末X射线衍射 |
| 2.3.9 透射电子显微镜及能量散射X射线光谱分析 |
| 2.3.10 穆斯堡尔谱 |
| 2.3.11 X射线吸收精细结构光谱 |
| 2.4 电催化剂的电化学表征 |
| 2.4.1 工作电极的制备 |
| 2.4.2 循环伏安法 |
| 2.4.3 线性扫描伏安法 |
| 2.4.4 计时电流法 |
| 2.4.5 膜电极的制备 |
| 2.4.6 单电池测试 |
| 3 溶解度诱导模板辅助四羧基铁卟啉自组装电催化剂的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Fe_2O_3/Fe_3O_4@Fe-N-C电催化剂的制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 FeCPP分子自组装过程 |
| 3.3.2 FeCPP在模板BP2000上自组装的形貌 |
| 3.3.3 FeCPP与模板BP2000的相互作用 |
| 3.3.4 热解温度对电催化剂的形貌、结构及氧还原活性的影响 |
| 3.3.5 FeCPP载量对电催化剂形貌和氧还原活性的影响 |
| 3.3.6 碱性和酸性介质中电子转移数、耐久性及抗甲醇毒性的研究 |
| 3.3.7 碱性和酸性介质中氧还原活性位的探究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 双卟啉组装体与模板的组装及可控热解制备ORR电催化剂的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 原子级分散Fe/Co-N-C电催化剂的制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 铁、钴双卟啉的离子自组装 |
| 4.3.2 铁、钴双卟啉与模板EC600的自组装 |
| 4.3.3 铁、钴双卟啉与模板EC600的组装体的可控热解 |
| 4.3.4 卟啉的金属中心对离子自组装结构及ORR活性的影响 |
| 4.3.5 Fe、Co双卟啉离子自组装电催化剂氧还原活性及结构的研究 |
| 4.3.6 碳黑模板的种类对氧还原活性的影响 |
| 4.3.7 ORR电子转移数、加速老化实验、及抗甲醇氧化性能的研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 自组装血晶素@牺牲模板( ZIF-8)衍生的原子级分散Fe-N-C电催化剂的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 原子级分散的Fe-N-C电催化剂的制备 |
| 5.2.1 ZIF-8纳米晶的水相合成 |
| 5.2.2 100-hemin@ZIF-8-900电催化剂的合成 |
| 5.2.3 100-hemin&ZIF-8-900电催化剂的合成 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 hemin@ZIF-8杂化前驱体的结构和形貌 |
| 5.3.2 hemin分子在hemin@ZIF-8复合物中的存在形式 |
| 5.3.3 自组装法与浸渍法形成hemin与ZIF-8复合物的对比分析 |
| 5.3.4 热解温度及hemin含量对电催化剂ORR活性的影响 |
| 5.3.5 100-hemin@ZIF-8-900电催化剂的形貌 |
| 5.3.6 浸渍法衍生的电催化剂的结构和ORR活性 |
| 5.3.7 100-hemin@ZIF-8-900电催化剂ORR活性位分析 |
| 5.3.8 100-hemin@ZIF-8-900电催化剂ORR机理及耐久性 |
| 5.3.9 100-hemin@ZIF-8-900电催化剂的H_2/O_2单电池性能研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）MOF衍生的Fe/N/C氧还原电催化剂的设计，制备和氧还原性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 碳基氧还原催化剂的分类 |
| 1.2.1 无金属掺杂的氧还原催化剂 |
| 1.2.2 过渡金属掺杂的氧还原催化剂 |
| 1.3 Fe/N/C氧还原反应机理及其设计原则 |
| 1.3.1 Fe/N/C氧还原反应机理 |
| 1.3.2 Fe/N/C氧还原催化剂的设计原则 |
| 1.4 Fe/N/C氧还原催化剂的制备 |
| 1.4.1 源自生物质的Fe/N/C氧还原催化剂 |
| 1.4.2 源自有机混合物的Fe/N/C氧还原催化剂 |
| 1.4.3 模板型碳材料衍生的Fe/N/C氧还原催化剂 |
| 1.4.4 金属有机框架衍生的Fe/N/C氧还原催化剂 |
| 1.5 本论文的选题依据和研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验方法 |
| 2.1 主要实验试剂和实验仪器 |
| 2.2 材料物理表征 |
| 2.2.1 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.2 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.2.3 X射线粉末衍射(XRD) |
| 2.2.4 X-射线光电子能谱仪(XPS) |
| 2.2.5 比表面分析(BET) |
| 2.2.6 拉曼光谱(Raman) |
| 2.2.7 电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES) |
| 2.2.8 傅立叶红外光谱仪(FT-IR) |
| 2.2.9 双球差校正场发射透射电子显微镜(AC-STEM) |
| 2.3 Fe/N/C氧还原催化剂电化学性能表征 |
| 2.4 锌空电池的制备及性能测试 |
| 2.5 质子交换膜燃料电池(PEMFC)的制备及性能测试 |
| 2.6 直接甲醇燃料电池(DMFC)的制备及性能测试 |
| 第三章 核壳结构Fe(OH)_3@ZIF-8 衍生的Fe/N/C氧还原催化剂的制备及其氧还原性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 ZIF-8 的合成 |
| 3.2.2 FeCl_3@ZIF-8 的合成 |
| 3.2.3 Fe(OH)_3@ZIF-8 的合成 |
| 3.2.4 C-Fe(OH)_3@ZIF-1000 的合成 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 物理表征 |
| 3.3.2 电化学性能评价 |
| 3.3.3 单电池性能评价 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 离子型MOF衍生的Fe/N/C氧还原催化剂的制备及其氧还原性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 Cd-TTPBA-4 的合成 |
| 4.2.2 {K_2[Fe(CN)_6]}~-@Cd-TTPBA-4 的制备 |
| 4.2.3 N-C和 Fe/N/C电催化剂的合成 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 物理表征 |
| 4.3.2 电化学性能评价 |
| 4.3.3 锌空电池性能评价 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 无孔型多重穿插MOF衍生的Fe/N/C氧还原催化剂的制备及其氧还原性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 Zn-TTPA的制备 |
| 5.2.2 Fe-Zn-TTPA-G的制备 |
| 5.2.3 Fe-Zn-TTPA-E的制备 |
| 5.2.4 Fe-Zn-TTPA-x的制备 |
| 5.2.5 N-C-T、Fe/N/C-T-x、Fe/N/C-1000-G和 Fe/N/C-1000-E电催化剂的制备 |
| 5.2.6 晶体的X射线衍射 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 物理表征 |
| 5.3.2 电化学性能评价 |
| 5.3.3 锌空电池性能评价 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 MOF-5 衍生的Fe/N/C氧还原催化剂的制备及其氧还原性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 MOF-5 的制备 |
| 6.2.2 Fe/Zn-MOF-5-x的制备 |
| 6.2.3 imidazole@Fe/Zn-MOF-5-x-y的制备 |
| 6.2.4 Fe/N/C-x-T-y、C-950和Fe/C-48-950 的制备 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 物理表征 |
| 6.3.2 电化学性能评价 |
| 6.3.3 锌空电池性能评价 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 论文工作总结与展望 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 展望 |
| 攻读博士学位期间的科研成果 |
| 致谢 |
（10）基于卟啉结构的金属-氮-碳催化剂的设计与制备及其在氧气还原反应中的应用研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 氧气还原反应 |
| 1.1.1 氧气还原反应机理 |
| 1.1.2 氧气还原反应的应用 |
| 1.1.3 氧还原反应催化剂分类 |
| 1.2 金属-氮-碳氧还原催化剂 |
| 1.2.1 金属-氮-碳催化剂的研究现状 |
| 1.2.2 金属-氮-碳催化剂的活性位点探索 |
| 1.2.3 金属-氮-碳催化剂的设计策略 |
| 1.3 基于卟啉类化合物的氧还原催化剂 |
| 1.3.1 卟啉类化合物概述 |
| 1.3.2 卟啉类化合物的合成方法 |
| 1.3.3 基于卟啉类化合物催化剂的研究进展 |
| 1.4 论文的选题立意、研究内容及创新点 |
| 1.4.1 论文的选题立意 |
| 1.4.2 论文的研究内容 |
| 1.4.3 论文的难点分析及创新点 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验试剂及仪器 |
| 2.1.1 实验试剂 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 卟啉类化合物的合成 |
| 2.2.1 四苯基卟啉的合成 |
| 2.2.2 四苯基金属卟啉的合成 |
| 2.2.3 四羧基苯基铁卟啉的合成 |
| 2.3 基于卟啉的氧还原催化剂的制备 |
| 2.3.1 炭黑负载金属卟啉催化剂的制备 |
| 2.3.2 热解炭黑负载金属卟啉催化剂的制备 |
| 2.3.3 冰/盐辅助铁,氮共掺杂超薄炭纳米片的制备 |
| 2.3.4 铁,氮共掺杂猪骨基分级多孔炭催化剂的制备 |
| 2.3.5 基于全生物质的铁,氮共掺杂分级多孔炭催化剂的制备 |
| 2.4 材料的物性表征 |
| 2.4.1 扫描电子显微镜 |
| 2.4.2 透射电子显微镜 |
| 2.4.3 X射线衍射仪 |
| 2.4.4 氮气等温吸脱附测试 |
| 2.4.5 X射线光电子能谱 |
| 2.4.6 拉曼光谱 |
| 2.4.7 热重-差热分析 |
| 2.4.8 傅里叶变换红外光谱 |
| 2.4.9 紫外-可见光谱 |
| 2.5 催化剂的电化学性能测试 |
| 2.5.1 催化剂工作电极的制备 |
| 2.5.2 催化剂性能测试 |
| 第三章 金属卟啉氧还原性能基础研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 四苯基金属卟啉的结构表征 |
| 3.3 炭黑负载四苯基金属卟啉的氧还原性能 |
| 3.4 热处理对金属卟啉的氧还原性能的影响 |
| 3.4.1 金属卟啉的热重分析 |
| 3.4.2 热解炭黑负载金属卟啉的氧还原催化性能 |
| 3.4.3 热解炭载金属卟啉的结构变化探究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 超薄二维铁、氮共掺杂炭纳米片催化剂及其氧还原性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 二维铁、氮共掺杂炭纳米片的形貌和结构表征 |
| 4.2.1 四羧基苯基铁卟啉的结构表征 |
| 4.2.2 不同温度热处理制备的铁、氮共掺杂炭纳米片的形貌和结构表征 |
| 4.2.3 不同氯化钾加入量制备的铁、氮共掺杂炭纳米片的形貌和结构表征 |
| 4.2.4 氨气后处理铁、氮共掺杂炭纳米片的形貌和结构表征 |
| 4.3 二维超薄结构形成机理探究 |
| 4.4 铁、氮共掺杂炭纳米片的氧还原催化性能 |
| 4.4.1 不同温度热处理制备的铁、氮共掺杂炭纳米片的催化性能 |
| 4.4.2 不同氯化钾加入量制备的铁、氮共掺杂炭纳米片的催化性能 |
| 4.4.3 氨气后处理铁、氮共掺杂炭纳米片的催化性能 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 铁、氮共掺杂三维分级多孔炭催化剂及其氧还原性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 猪骨基分级多孔炭的形貌和结构表征 |
| 5.2.1 猪骨的炭化过程分析 |
| 5.2.2 热处理温度对多孔炭形貌和结构的影响 |
| 5.3 铁、氮共掺杂猪骨基分级多孔炭的形貌和结构表征 |
| 5.4 铁、氮共掺杂猪骨基分级多孔炭的氧还原催化性能 |
| 5.5 酸洗及二次热处理对催化剂氧还原活性的影响机理探究 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于牛血的铁、氮共掺杂三维分级多孔炭催化剂及其氧还原性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 血粉前驱体的形貌及结构表征 |
| 6.3 血清粉基分级多孔炭的形貌和结构表征 |
| 6.4 铁、氮共掺杂血清基多孔炭催化剂的形貌与结构表征 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 不同结构铁卟啉为前驱体制备铁-氮-碳催化剂的结构与性能对比 |
| 7.1 不同结构铁卟啉的物性表征 |
| 7.2 以不同结构铁卟啉为前驱体制备的铁-氮-碳催化剂的结构表征 |
| 7.3 以不同结构铁卟啉为前驱体制备的铁-氮-碳催化剂的性能比较 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 全文结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者和导师简介 |
| 附件 |
四、热处理温度对铁卟啉电催化性能的影响（论文参考文献）
- [1]基于改性炭的高性Fe-Nx-Cy的制备及其氧还原性能研究[D]. 王琪琪. 北京化工大学, 2021
- [2]铁卟啉MOFs基氧还原电催化剂的设计、制备及性能研究[D]. 张云龙. 大连理工大学, 2021(01)
- [3]ZIFs衍生的双过渡金属氧还原电催化剂的研究[D]. 郑若楠. 大连理工大学, 2021(01)
- [4]热解自组装铁卟啉制备氧还原电催化剂[D]. 谢妍. 大连理工大学, 2021
- [5]碳基金属酞菁轴向配合物及其负载纤维催化降解有机污染物的研究[D]. 夏云. 浙江理工大学, 2021(02)
- [6]铁卟啉基氧还原电催化剂的设计、制备及性能研究[D]. 韩洪仨. 大连理工大学, 2020
- [7]氮磷掺杂卟啉基纳米材料的可控制备及其氧还原性能研究[D]. 任希彤. 河南大学, 2020(02)
- [8]利用模板调控金属卟啉的组装及热解制备氧还原电催化剂的研究[D]. 翟梓会. 大连理工大学, 2020
- [9]MOF衍生的Fe/N/C氧还原电催化剂的设计，制备和氧还原性能研究[D]. 黄佳维. 东南大学, 2020(02)
- [10]基于卟啉结构的金属-氮-碳催化剂的设计与制备及其在氧气还原反应中的应用研究[D]. 李寒煜. 北京化工大学, 2019(06)