氮掺杂metal-free碳基微生物燃料电池阴极性能的研究

来源 :黑龙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangyc726
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
微生物燃料电池(MFCs)是一种能将废水中有机物的能量直接输出的绿色生物技术,它作为一种生物电化学系统吸引了很多学者。限制MFCs大规模应用的一个重要的瓶颈是阴极氧还原反应(ORR)的迟缓。本文为提高MFCs的产电性能,提高阴极ORR效率,在其他实验条件一致的条件下,制备出高效、低成本的氮掺杂metal-free碳基材料,并对其性能表征。采用X射线衍射仪(XRD)、BET比表面积、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法进行表征分析,分析其原理并进行电化学性能测试。结果表明:(1)不同模板添加量条件下合成的氮掺杂metal-free介孔碳基材料(NMPGCs)的成分大体相同,比表面积和孔结构有很大的不同,NMPGC-0.5比表面积大,具有丰富的介孔结构,电化学活性较强,对不同模板添加量的NMPGCs材料进行循环伏安和线性扫描伏安测试,NMPGC-0.5都具有最大的电流密度,展现出最好的电化学活性。其电荷转移内阻最小,用作MFCs阴极长期运行稳定性最好,末期功率密度仅下降了 9.2%。且不添加任何金属,成本较低,环境友好。(2)以秸秆为碳源,三聚氰胺为氮源,制备的不同碳化温度(700-1050℃)下的氮掺杂生物质碳基材料NBPGCs样品中氮的含量和成分都大有不同,随着温度的升高,总的含氮量减少,但石墨氮和氧化氮的比例增加。样品的比表面积较大,具有多孔结构,氮掺杂进入碳的骨架中,形成氮缺陷结构,可以提供更多的活性位点,石墨化程度更高,导电性能更好。对不同碳化温度的NBPGCs材料进行循环伏安和线性扫描伏安测试,NBPGC-1000都具有最大的电流密度,展现出最好的电化学活性。RDE测试计算出NBPGC-1000的转移电子数为3.75,主要以4电子途径为主,其氧还原反应能量损失较少。NBPGC-1000为阴极的MFCs的输出电压最高(0.57V),功率密度最大(1122mWcm-2),且长期运行稳定性最好,末期功率密度仅下降了 10.2%,都比Pt/C的效果好。因此,本文制得的氮掺杂metal-free碳基材料可以应用在MFCs中,对MFCs的大规模应用有一定的价值。这种材料不仅性能良好,而且成本低,环境友好,为合成高效稳定ORR催化剂提供了新的参考。
其他文献
叙述了Excel4.0软件的广泛功能。这种软件可用于以图表、表格和其他的图示形式表示企业活动的很多综合指标。例举了以阶梯形图表的形式直观地表示所预测的下一年度和上一年实
南京大屠杀是日本军国主义者制造的反人类、反人道、反正义的残酷暴行。50多年来,南京地区的专家学者做了大量的学术工作,先后组织各种团队,多次在海内外广泛搜集史料,开展全方位
随着云计算、大数据、移动互联网等新技术的深入应用,数据中心需要适应虚拟化的部署、网络的可伸缩性和整个机房的可扩展性。面对高速发展的业务对数据中心提出的挑战,并考虑到
福岛核事故后核电厂安全备受关注,而作为核电站最后一道屏障的安全壳的重要性再一次得到了人们深入的认识。在此背景下,为了在事故工况下不借助外部动力有效的将安全壳内的热量导出,使安全壳降温降压,新一代的基于环路热管的非能动安全壳冷却系统(PCCS)被引入。环路热管自然循环系统可为双层混凝土安全壳提供非能动冷却,其作为一种闭合回路环型热管,一般由蒸发器、冷凝器、以及蒸汽和液体管路构成。它的工作原理是:当蒸
区域电网水电站群联合优化调度问题具有时间与空间的多维性、调度主体非单一、调度目标不同等特点,受水文气象、电网负荷、用水需求等因素制约,电力、水力耦合关系密切,是一
目的探讨尿毒症患者血液透析中进行脚踏车运动对不安腿综合征(restless legs syndrome,RLS)的治疗效果。方法选择2018年10月~2019年6月中国人民解放军联勤保障部队第983医院