空心碳微球的制備及其氧還原電催化性能研究.pdf

1、為了緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題，清潔可再生能源亟需被開發(fā)，像金屬-空氣電池、燃料電池等。而這些能源均是以氧還原反應(yīng)（ORR)為基礎(chǔ)，由于ORR反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，所以上述這些能源的應(yīng)用都受到了限制，因此，研制高效的ORR催化劑來緩解這一難題是本課題的核心。目前，碳材料憑借著穩(wěn)定的物理化學(xué)性能、優(yōu)異的導(dǎo)電性、高的比表面積、豐富的來源、低廉的價(jià)格等一系優(yōu)勢(shì)而成為研究的熱點(diǎn)。其中，空心碳材料作為一種特殊的多孔碳材料，憑借著獨(dú)特的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，在電

2、催化領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。
　　本文先利用了水熱-氨氣熱處理的兩步法，以炭黑和氨水為原材料制備空心碳，通過調(diào)節(jié)熱處理的保溫溫度和時(shí)間來調(diào)節(jié)壁厚。在水熱法處理后，實(shí)心的空心碳球出現(xiàn)了初步的空心結(jié)構(gòu)，但其球殼較厚，在氨氣高溫?zé)崽幚砗螅诤翊蟠鬁p小，空心結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。當(dāng)熱處理溫度為900℃，熱處理時(shí)間為2h時(shí)，壁厚達(dá)到最低值，且具有最佳的氧還原電催化活性，半波電位為0.85V vs RHE。
　　為了進(jìn)一步提高空心碳的活性，首先

3、嘗試了利用預(yù)氧化-碳化-氨氣熱處理的方法在初步制得的空心碳表面包覆一層富氮有機(jī)物形成C/C核殼結(jié)構(gòu)來進(jìn)行原位摻氮。因?yàn)殡姶呋阅軙?huì)隨著吡啶氮和石墨氮的含量增多而提升，于是通過對(duì)有機(jī)物的種類、加入量、碳化時(shí)間和溫度的改變來對(duì)吡啶氮和石墨氮的含量進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)有機(jī)物為殼聚糖，其與碳的質(zhì)量比為10∶1，碳化溫度為650℃，碳化時(shí)間為2h時(shí)，性能最佳，半波電位為0.88Vvs RHE。
　　接下來，也嘗試了通過在水熱過程中加入鐵原子形成含鐵