钴基氮掺杂碳复合材料的制备及其能量转换与储存的性能研究

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1、工程硕士学位论文钴基氮掺杂碳复合材料的制备及其能量转换与储存的性能研究作者姓名甄梓豪学科专业环境工程校内指导教师蒋仲杰教授校外指导老师毕鸿亮高级工程师所在学院环境与能源学院论文提交日期2018年5月InvestigationofEnergyConversionandStoragePerformanceofCobaltBasedN-dopedCarboncompositesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZihaoZhenSuperviso

2、r：Prof.Zhong-jieJiangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TM911学校代号：10561学号：201521033076华南理工大学硕士学位论文钴基氮掺杂碳复合材料的制备及其能量转换与储存的性能研究作者姓名：甄梓豪指导教师姓名、职称：蒋仲杰(教授)申请学位级别：工学硕士学科专业名称：环境工程论文形式：□产品研发□工程设计■应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：绿色能源化学与技术论文提交日期：年月日论文答辩日期：年月日学位

3、授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：韦朝海委员：汪晓军董玉莲冯春华杨志泉华南理工大学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宂所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。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己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：曰期月曰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、

4、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位）学校可以公布学位论文的全论文被查阅（除在保密期内的保密论文外；部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位一致论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相。本学位论文属于：：年）□保密，（校保密委员会审定为涉密学位时间＿＿月曰＿年月日解密后适用本授权书。于＿ｓＳ保密意在校园网上发布，供校内师生和与学校

5、有共享协议，同的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。“”内打Ｖ）（请在以上相应方框作者签、日期指导教师签名：曰期＼联作者联系电话：电子邮箱：系地址（含邮编）：＼摘要过渡金属-碳复合材料是一类被广泛认为具有良好电化学性能的材料，在能量转换与储存的应用中备受关注。在燃料电池以及锂离子电池领域，钴基碳复合材料至今已经得到一定的研究。因此，寻求一种高效可控的制备方法，用于设计

6、、合成以及调控材料的形貌结构，在决定它们的电化学性能方面具有至关重要的作用。本论文主要通过热分解法和水热法制备两种钴基碳复合材料，系统地研究调控材料形貌以及影响其电化学性能的关键因素。1）Co-CoO@NC/NC的氧还原催化性质：通过对硝酸钴（Co(NO3)2）、葡萄糖以及尿素混合干燥得到的前驱体进行简单的煅烧，制备出一种由氮掺杂碳纳米片（NC）以及氮掺杂碳包覆钴-氧化钴纳米颗粒（Co-CoO@NC）复合的多级结构电催化剂材料。经研究发现，获得的Co-CoO@NC/NC材料具有很高的氧还原反应催化活性。在电催

7、化氧还原性能测试中，Co-CoO@NC/NC的氧还原起始电位为0.961V（vs.RHE），半波电位为0.868V（vs.RHE）。无论是起始电位还是半波电位均高于大部分已报道的催化剂材料，甚至接近商业化Pt/C催化剂（目前最好的催化剂之一）。另外，Co-CoO@NC/NC也展现出良好的氧还原反应稳定性。上述结果表明Co-CoO@NC/NC是一种非常有前景的氧还原反应催化剂。系统的实验证明，煅烧温度对于合成的Co-CoO@NC/NC性能具有很大的影o响，尤其是经800C煅烧得到的材料展现出优异的氧还原催化活性

8、。尿素被证实在Co-CoO@NC/NC的合成中起到至关重要的作用：它不仅能够能够促进尺寸均匀的Co-CoO纳米颗粒的形成，也能够提升的Co-CoO@NC/NC电催化性能。同时，Co-CoO纳米颗粒和NC之间存在一种较强的电子相互作用，有利于提高材料的电化学催化活性。2）Co(OH)2六边型纳米片的储锂性质：通过水热法制备Co(OH)2六边纳米片前驱体。研究表明，表面活性剂六次甲基四胺（HMTA）的用