石墨毡表面功能化修饰及对V%28IV%29_V%28V%29的催化研究

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1、中图分类号：TQ152论文编号：2017304049UDC：密级：公开硕士学位论文石墨毡表面功能化修饰及对V(IV)/V(V)的催化研究作者姓名：葛志君学科名称：化学工程与技术研究方向：材料电化学学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2017年12月1日申请学位类别：工学硕士导师姓名：王岭教授单位：华北理工大学化学工程学院戴磊教授单位：华北理工大学化学工程学院论文评阅人：刘大成教授单位：唐山学院张秀凤教授单位：华北理工大学何章兴副教授单位：华北理工大学论文答辩日期：2018年3月2日答辩委员会主席：刘大成教授关键词：钒液流电池；石墨毡；CoP；硫脲；甘氨酸；接枝唐山华

2、北理工大学2018年3月CatalysisofFunctionalModificationontheSurfaceofGraphiteFeltforV(IV)/V(V)SpeciesDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEngineeringbyGeZhijun(ChemicalEngineeringandTechnology)ProfessorWang

3、LingSupervisor:ProfessorDaiLeiMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：2018年3月2日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留

4、、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：2018年3月2日签字日期：2018年3月2日摘要石墨毡是钒氧化还原液流电池（VFB）最常用的电极材料，但是目前商业使用的石墨毡，存在导电性能差、亲水性低及电化学催化性能不高等问题。因此，采用三种不同的方法对石墨毡表面进行原位改性处理，提高了石墨毡的亲水性和电催化性能，以及将三种改性后的电极用作静态钒流电池的正极，实验结果如下：以金属钴的金属有机骨架材料

5、ZIF-67（Co-MOF）为前驱体，将其热处理然后磷化制备得CoP纳米颗粒。将CoP颗粒均匀分散到石墨毡（GF）表面，得到改性的石墨毡电极（GF-CoP）。经循环伏安测试结果证实，GF-CoP电极减小了V(IV)/V(V)氧化还原反应的峰电位差，提高了峰电流。电池性能测试结果证实，在100mAcm-2的电流密度下，GF-CoP电极组装电池的放电容量比GF电极组装电池的放电容量高32.7mAh，其电压效率比GF电极电池的电压效率高5.9%。硫脲通过与石墨毡表面的-COOH官能团酯化反应得到接枝后的石墨毡电极（TG-GF）。实验结果证明，TG-GF电极对V(IV)/V(V)电化

6、学活性和可逆性都有所提高，并且降低了电荷转移电阻。与未接枝电极组装的单电池相比，使用TG-GF电极的电池具有更高的性能，特别是在较高的电流密度下，显示出更高的放电容量和能量效率。通过氨化反应，将甘氨酸接枝到石墨毡表面，得到甘氨酸接枝的石墨毡（G-GF）电极。循环伏安测试结果显示，V(IV)/V(V)氧化还原反应在G-GF电极上的峰电位差比未接枝的石墨毡减小了231mV。并且在电池性能测试中，电流密度为100mAcm-2时，G-GF电极组装的单电池的初始容量比未接枝石墨毡的单电池初始容量提高了33.4mAh；而且，G-GF电极组装的单电池的电压效率比未接枝石墨毡的单电池电压效率

7、提高了6%。图36幅；表6个；参78篇。关键词：钒液流电池；石墨毡；CoP；硫脲；甘氨酸；接枝分类号：TQ152-I-AbstractThemostcommonelectrodematerialofvanadiumflowbatteries(VFB)isgraphitefelts.However,thecommercialgraphitefelts(GF)haspoorelectricalconductivity,hydrophilicityandelectrochemicalproperty.Toso