碳基阴极材料的制备及其在微生物燃料电池中的应用

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1、分类号：密级：：学校代码１１０７８ＨＨ：保密日期：２１１１４０５００９学号：保密期限：广州大学硕士学位论文＾碳基阴极材料的制备及其在微生物燃料电池中的应用：学生类型［３双证学术学位研究生□双证专业学位研究生．□单证专业学位研究生＊１Ｗ学位申请人■谭亮：—．－？、．导师姓名及职称１陈窦教授李櫥教授学院（研宄所）：化学化工学院物理化学学科专业（领域）论文提交〇—七年六月日ｍ：二广州大学学位论姻性声明Ｉ本人郑重声明，所呈交的学位论

2、文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作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结果由本人承担。学位论文作者签名：日期丨：年纟月日攻基＞丨７广州大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解广州大学有关保留、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单位属广州大学。学校有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许学位论

3、文被检索、查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影响印、缩印、数字化或其他手段保存、汇编学位论文。（保密论文保密期满后，适用本声明）一致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：□保密，在年解密后适用本授权书。不保密ａ“”（请在以上相应方框内打Ｖ）〖学位论文作者签名月丨日：濟乞日期年１导师签名：年（月日：日期Ｙ密级：分类号：学校代码：１１０７８保密日期：学号：２１１１４０５００９保密期限：广州大学学位论文终稿用及其在微生物燃料

4、电池中的应碳基阴极材料的制备谭亮）：物理化学学（领域科专业：电化学向研宂方１７年６月日：２０１．论日文答辩期：（签）指导教师名敕％二（签）：答辩委名员会主席）：（签毛＿答辩委员会委员名＾ＹＭｐｉ碳基阴极材料的制备及其在微生物燃料电池中的应用论文题目：碳基阴极材料的制备及其在微生物燃料电池中的应用专业：物理化学硕士生：谭亮指导老师：陈爽教授李楠教授摘要随着人类社会的发展，能源短缺和不断加剧的环境污染促进了对新型能源技术的需求。微生物燃料电池(MicrobialFuelCells,MFCs)作为一种新型能源转换

5、设备，它有别于传统的燃料电池，能以微生物作为阳极催化剂，消耗可降解有机物并释放出电子，从而具有产电和降解有机污染物的双重功能。近年来，微生物燃料电池以其独特的优势得到了迅速的发展。然而，目前仍然存在一些技术上的缺陷，尤其是阴极催化剂材料的高成本，低催化效率和弱稳定性。传统的阴极催化材料通常使用贵金属及其合金，但是此类催化剂不仅成本高，而且不稳定，极大地限制了微生物燃料电池的实际应用。因此，有必要设计开发一种高效稳定，低成本的阴极催化剂来替代贵金属。本论文通过采用水热法、化学浴沉积法、Hummer`s法、模板法和热还原法等方法设计合成了一系列新型碳基纳米复合材料

6、，并系统研究了其氧还原性能以及其在微生物燃料电池阴极上的应用。具体研究内容如下：(1)通过简单的水热法成功制备了CuSe@CNTs纳米复合材料。该复合材料显示出优越的氧还原性能和阴极催化能力，其微生物燃料电池的最大输出功率密度可以达到425.9±5mWm-2。这主要归因于碳纳米管的存在弥补了硒化铜的半导体缺陷，同时较小的硒化铜纳米颗粒有效地增加了催化剂的活性位点。(2)通过Hummer’s法和水热法自组装合成了CuSe@rGO-CNTs三维层状结构的纳米复合材料。相比于CuSe@rGO和CuSe@CNTs，CuSe@rGO-CNTs显示出了更好的氧还原性能和微

7、生物燃料电池阴极催化活性，电池的最大输出功率密度可达到504±5mWm-2。这主要是因为复合材料的三维层状结构为质子和电子的传递提供了有效空间，同时碳纳米管的引入有效地缓解了石墨烯的团聚现象，I广州大学硕士学位论文保持了石墨烯原有的高比表面积，从而极大地提高了复合材料的氧还原催化性能。(3)通过酚醛树脂的碳化，化学浴沉积法和热解的方法成功制备了空心球结构的氮掺杂碳负载四氧化三钴。这种氮掺杂碳与钴氧化物的结合有效地提高了复合材料的催化性能，应用于电池后其最大输出功率密度可达到553±10mWm-2。一方面，氮掺杂碳能够有效增加催化活性位点；另一方面，碳的高导电性

8、弥补了四氧化三钴半导体的导电缺陷。此外