钙钛矿型锰酸盐电催化剂制备和电化学性能研究

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英文对照）：钙钛矿型锰酸盐电催化剂制备和电化学性能研究SynthesisandelectrochemicalperformanceofLanthanum-strontium-manganeseperovskitecatalysts作者姓名：陈哲钦指导教师姓名陈登洁，博士、副研究员及学位、职称：学科、专业名称：化学工程与技术化学工程学位类型：专业学位论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：摘要金属-空气电池具有高能量密度、低成本、安全性强以及环境友好的特点，有望应用到新兴电动汽车

2、和能量储存方面。金属-空气电池一般使用Pt作为阴极氧还原电催化剂，但Pt作为贵金属催化剂价格昂贵且稳定性差，这两方面不足严重影响了金属-空气电池的实际应用。近年来，研究发现钙钛矿氧化物具有催化活性高、种类多、成本低等优点，有望取代Pt成为金属-空气电池的氧还原电催化剂。已有研究表明La0.8Sr0.2MnO3-δ具有优异的氧还原催化活性，但实际制备的催化剂材料比表面积小、催化活性不够高，需要通过先进制备方法来获得高比表面积以及多活性位的钙钛矿型电催化剂。本文采用聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone，PVP）作为络合剂的溶

3、胶凝胶法以及静电纺丝技术分别制备出层状多孔(La0.8Sr0.2)0.95MnO3-δ和一维多孔La0.8Sr0.2MnO3-δ纳米棒氧还原电催化剂。具体的研究内容及结果如下：（1）本研究使用PVP作为络合剂的溶胶凝胶法在中低温条件下成功制备出层状多孔(La0.8Sr0.2)0.95MnO3-δ催化剂，发现600℃为最佳焙烧温度。600℃焙烧2-1后的层状多孔(La0.8Sr0.2)0.95MnO3-δ催化剂的比表面积大（15.99mg），氧还原（Oxygenreductionreaction，ORR）催化活性高（1600rpm转速下起始电

4、位为~0.90-2-1V，极限电流密度达到~5.61mAcm），电荷储存性能良好（10mVs扫描速度-1下，比电容为101.19Fg）。本研究获得的层状多孔(La0.8Sr0.2)0.95MnO3-δ催化剂不仅能作为优异的金属-空气电池用氧还原电催化剂，也能应用到超级电容器。（2）本研究利用静电纺丝技术在中低温（650℃）条件下成功制备出一维多孔La0.8Sr0.2MnO3-δ纳米棒。一维多孔La0.8Sr0.2MnO3-δ纳米棒的比表面积比传统溶2-1胶凝胶法制备的催化剂高出9倍（30.27mg），ORR催化活性优异（1600rpm转-2

5、速下起始电位为~0.91V，极限电流密度达到~5.62mAcm，即使不添加碳粉作为-2导电剂和分散剂，极限电流密度也能达到~5.07mAcm）。经过1000圈循环伏安测试，ORR催化活性几乎没有下降，展现出了较好的稳定性。本研究制备获得的催化剂解决了传统方法制备的La0.8Sr0.2MnO3-δ催化剂比表面积小、ORR催化活性不够高的问题，有望取代Pt成为空气电池的氧还原电催化剂。综上所述，本论文通过改进钙钛矿型锰酸盐的制备方法获得了两种性能优异的ORR催化剂，为开发面向应用的高效且稳定的ORR催化剂提供了有价值的方I法和思路。关键词：电催

6、化剂；氧还原；钙钛矿；溶胶-凝胶；静电纺丝IIAbstractMetal-airbatteriesarecharacterizedbytheirhighenergydensity,lowcost,safetyandenvironmentalfriendliness,whichareexpectedtobeappliedtoemergingelectrificationandenergystorage.Metal-airbatteriesgenerallyusePtastheelectrocatalystsforoxygenreduction

7、,butPtisexpensiveandhaspoorstability.Thesedisadvantagesshowseriousimplicationsforpracticalapplicationofmetal-airbatteries.Inrecentyears,ithasbeenfoundthatperovskitehasmanyadvantages,suchashighcatalyticactivity,varietyandlowcost.ItisexpectedtoreplacePtaselectrocatalystsform

8、etal-airbatteries.PreviousstudieshaveshownthatLa0.8Sr0.2MnO3-δhasexcellentcatalyticactivi