掺氮生物炭的制备及其ORR催化性能研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换装置，在新能源领域备受关注。

其中，氧还原反应（oxygenreductionreaction,orr）是燃料电池阴极的关键反应，其缓慢的动力学过程极大地限制了燃料电池的整体性能。

因此，开发高效、低成本、稳定的orr催化剂至关重要。

2. 本选题国内外研究状况综述

近年来，氮掺杂生物炭作为orr催化剂的研究取得了显著进展。

1. 国内研究现状

国内学者在氮掺杂生物炭orr催化剂方面展开了大量研究。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

1. 主要内容

1.利用不同氮源（如氨水、尿素、三聚氰胺等）和生物质前驱体，采用热解法制备一系列氮掺杂生物炭材料；2.通过调节热解温度、氮源种类和比例等实验参数，优化氮掺杂生物炭的制备条件，以获得最佳的orr催化活性；3.采用x射线衍射(xrd)、扫描电子显微镜(sem)、透射电子显微镜(tem)、x射线光电子能谱(xps)等手段对制备的氮掺杂生物炭材料的结构、形貌和表面化学性质进行表征；4.采用旋转圆盘电极(rde)技术、循环伏安法(cv)和线性扫描伏安法(lsv)等电化学测试方法，系统研究氮掺杂生物炭材料的orr催化活性、稳定性和甲醇耐受性等性能；5.结合实验结果和理论计算，深入分析氮掺杂类型、含量、构型对生物炭orr催化性能的影响机制。

2. 写作提纲

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用实验研究与理论计算相结合的方法，具体步骤如下：
1.文献调研与方案设计:针对掺氮生物炭的制备及其orr催化性能研究方向，进行国内外文献的系统检索和研读，了解该领域的最新研究进展、存在问题及未来发展趋势。

在此基础上，确定研究内容、技术路线和实验方案。

2.材料制备:选择合适的生物质原料和氮源，通过热解法制备掺氮生物炭材料。

5. 研究的创新点

1.采用廉价易得的生物质为原料，结合环保的氮源，通过简单的热解法制备掺氮生物炭材料，为开发低成本、高性能的orr催化剂提供新思路。

2.通过调控热解温度、氮源种类和比例等实验参数，实现对掺氮生物炭材料结构和形貌的精细调控，进而优化其orr催化活性。

3.结合实验研究和理论计算，深入分析氮掺杂类型、含量、构型对生物炭orr催化性能的影响机制，为设计和开发高效稳定的生物炭基orr催化剂提供理论依据。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 刘畅, 王丹, 张强, 等. 氮掺杂多孔炭材料的制备及其电催化氧还原性能[j]. 无机材料学报, 2018, 33(1): 1-14.

[2] 王永钊, 郭亚丽, 吕功煊, 等. 掺氮多孔炭材料的制备及其超级电容器性能研究[j]. 功能材料, 2017, 48(4): 4052-4058.

[3] 张晓东, 王丹, 张强. 氮掺杂多孔炭材料的研究进展[j]. 化学进展, 2015, 27(9): 1241-1252.