摘 要：杂原子掺杂作为一种有效改善碳材料电催化性能的方法，常应用掺杂碳纳米管、石墨烯等碳材料。由于尺寸相近、性质相似，氮原子是首先被应用于替代碳原子。掺杂带来的一系列新的性质可极大地拓展碳材料的应用范围，开辟其在催化、能源领域中应用的新局面。本论文以壳聚糖和Cu-邻菲啰啉配合物为原料，采用高温退火的方法，并结合低温冷冻干燥技术，制备新型Cu-N-C催化剂。并对其进行XRD、SEM等一系列表征，以确定了催化剂的组成和微观结构。在此基础上，采用循环伏安方法、旋转圆盘电极（RDE）测试考察了Cu-N-C催化剂对氧气还原反应的电催化性能。结果表明，在碱性条件下，Cu-N-C催化剂对氧气还原反应具有良好的催化活性，基本是以4e-过程为主。因此，此类材料是极具潜力的燃料电池阴极氧还原催化剂。79679

毕业论文关 键 词：碳氮化合物，壳聚糖，电催化，氧气还原反应

Abstract：Heteroatom doping as an effective way to improve the electrocatalytic performance of carbon materials is commonly used to prepare nitrogen doped carbon nanotubes and nitrogen doped graphene。  Due to its similar size and property, nitrogen first employed to substitute carbon atoms in various carbon nanomaterials。 Heteroatom doping broaden the application areas of carbon materials because of their novel properties。 In this paper using chitosan and Cu-phen complex as raw materials Cu-N-C catalyst was synthesized by thermal annealing and low temperature freeze drying technology。 XRD and SEM were used to characterize their composition and microstructure。 Cyclic voltammetry and rotating disk electrode were used to confirm the electrocatalytic activity of Cu-N-C catalyst toward oxygen reduction reaction。 As is shown, Cu-N-C catalyst has excellent electrocatalytic performances for oxygen reduction reaction in alkaline medium, which can be promising cathode cataysts for next-generation fuel cells。 

Keywords：carbon nitride, chitosan, electrocatalysis, oxygen reduction reaction

目  录

1  前言 3

1。1 燃料电池 3

1。2 电催化还原 4

2 实验部分 7

2。1 试剂和仪器 7

2。2实验步骤 7

3 结果与讨论 8

3。1 电催化剂的XRD表征 8

3。2 电催化剂的SEM表征 9

3。3 电催化剂的电化学结果分析 10

结论 13

参考文献 14

致谢 15

1  前言

1。1 燃料电池

1。1。1研究背景

由于近年来日益增长的全球能源短缺以及其对环境的影响，寻找绿色清洁的传统能源替代品，已成为越来越受关注的研究课题。燃料电池通过氧气或其他氧化剂与燃料发生化学反应，直接将燃料电池中的化学能转化为电能，其具有高效、清洁的特点。目前，已吸引了越来越多研究者的目光。

目前，直接甲醇燃料电池用的阴极催化剂主要是铂或铂基合金催化剂，因为铂资源缺乏，价格昂贵，造成了这类电池成本过高，严重阻碍了它的商业化应用。与此同时，甲醇渗透会导致阴极的铂催化剂发生了电氧化，产生“混合电位”，而且甲醇氧化产生毒性中间体容易使催化剂中毒，会导致电池的输出性能大大减少。因此开发高活性的耐甲醇的非金属的氧还原催化剂是目前DMFC的研究关键问题之一[1]。