镍-钴_碳-氮复合物的制备及其对醇氧化与氧还原反应的电催化活性

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1、密级：公开中图分类号：O646硕士学位论文镍-钴/碳-氮复合物的制备及其对醇氧化与氧还原反应的电催化活性研究生：邓中梁导师：易清风教授学科：化学研究方向：电化学2018年6月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterPreparationofNi-Co/C-NcompositesaselectrocatalystsforalcoholoxidationandoxygenreductionreactionCandidate：DengZhongliangSupervisorandRa

2、nk：ProfessorYiQingfeng镍-钴/碳-氮复合物的制备及其对醇氧化与氧还原反应的电催化活性学位类学术型学位作者姓名型邓中梁作者学号15010601008学科（专业学位类别)化学研究方向（专业领域)电化学导师姓名及职称易清风教授实践导师姓名及职称所在学院化学化工学院论文提交日期2018年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献

3、的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要醇氧化反应（AOR）和氧还原反应（ORR）是燃

4、料电池的两个重要反应过程，研究开发新颖的AOR和ORR电催化剂，是燃料电池研究的主要内容之一。目前对这两个反应催化效果最好的电催化剂仍是Pt或Pt基复合材料，但它们的成本较高，而且催化剂易中毒失活，因此人们逐渐转向非贵金属基电催化剂的研究，发现某些非贵金属的过渡金属催化剂具有优异的电催化活性。Ni/Co金属在酸性、碱性和中性溶液中对AOR和ORR都能起到一定的催化效果，在掺杂C、N、S等杂原子后催化剂的性能可以进一步得到提升。此外，目前对锌-空气电池中的研究主要集中在以碱性溶液作电解液，但碱性电解液的腐蚀性会

5、导致电解液碳酸化和形成锌枝晶等问题，从而影响电池性能。而中性溶液的腐蚀性较小，能够替代碱性溶液用于锌-空气电池。本论文以Ni/Co作金属源，以不同的碳氮源制备出新型Ni/Co基电催化剂，研究了它们对氧还原和醇氧化反应的电催化活性。此外，将NiCo/C-N催化剂用于以KNO3为电解液的新型中性锌-空气电池，研究了锌-空气电池的放电性能。（1）在氮气气氛中于800℃下直接热解镍/钴盐掺杂聚苯胺（PANI）复合物，得到在碱性介质中具有高效催化氧还原反应活性的电催化剂（Ni1Co1/C-N,Ni3Co1/C-N,Ni

6、6Co1/C-N,Ni9Co1/C-N,Ni/C-N和Co/C-N）。通过SEM、TEM、EDS和XRD等手段对催化剂的形貌和组成进行了表征。将得到的催化剂涂在碳纸上制成气体扩散电极，用线性扫描伏安法（LSV）研究了电极在碱性介质中对ORR的电催化活性。测试结果表明，氧还原起始电位为-0.2V（vsAg/AgCl），且氧还原电流密度随着电位扫描的负移呈线性增加。在所制备的催化剂中，Ni6Co1/C-N对ORR的催化活性最好，其氧还原电流-2密度最大，在电位为-0.8V（vsAg/AgCl）时电流密度达到68.

7、5mAcm，此外，Ni6Co1/C-N催化剂对ORR也表现出良好的催化稳定性。（2）以聚苯胺作氮源，在N2保护下将含有Ni/Co盐的聚苯胺复合物在800℃下进行高温热处理，得到Ni3Co1/C-N催化剂，然后将制得的Ni3Co1/C-N催化剂和多壁碳纳米管（CNT）混合，通过研磨得到不同CNT含量的电催化剂：Ni3Co1/C-N/CNT(15%)、Ni3Co1/C-N/CNT(25%)、Ni3Co1/C-N/CNT(35%)和Ni3Co1/C-N/CNT(45%)。用SEM、TEM、XRD和XPS等手段对催化

8、剂进行了表征，通过循环伏安法（CV）、计时电流法（CA）和交流阻抗（EIS）等技术研究了催化剂在碱性介质中对甲醇和乙醇氧化的电催化活性。结果表明，CNT含量为35%的催化剂Ni3Co1/C-N/CNT(35%)对甲醇和乙醇氧化的催化活性最好。电位在0.85V（vsAg/AgCl）时，Ni3Co1/C-N/CNT(35%)对甲醇和乙醇的氧化-2-2电流密度分别达到213mAcm和181mAcm，这个值