空心碳球負(fù)載鐵、鈷納米材料在氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、在燃料電池(MFC)技術(shù)中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)以其低溫度工作、啟動(dòng)快、綠色環(huán)保、高效率以及能量密度低等優(yōu)點(diǎn)，在小型發(fā)電機(jī)及便攜式電動(dòng)裝置中呈現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。在質(zhì)子膜交換燃料電池中，反應(yīng)速率及能量轉(zhuǎn)換速度主要受陰極氧還原反應(yīng)（ORR）制約，因此，尋找催化性能良好的陰極電化學(xué)催化材料極其重要。目前應(yīng)用較多的陰極催化劑是鉑系催化劑，但是該催化劑具有容易中毒、價(jià)格昂貴等特點(diǎn)，并不利于回收應(yīng)用和商業(yè)化發(fā)展。而過渡金屬(Fe，Co

2、)雜化材料卻具有電催化活性好和不易中毒的特點(diǎn)，是取代鉑催化劑的極佳候選者。因此，將含有過渡金屬(Fe，Co)的雜化材料負(fù)載在高比表面積和穩(wěn)定性良好的載體空心碳球(HCS)上是一種有前途的催化劑。在前期工作酞菁鐵負(fù)載在吡啶炔環(huán)加成石墨烯上(FePc/PyNG)的基礎(chǔ)上，本文通過采取不同的制備方法得到了不同的過渡金屬雜化物，并將其應(yīng)用于ORR反應(yīng)，其主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)空心碳球負(fù)載氮化鈷(CoNx/NHCS):本文以酞菁鈷(

3、CoPc)、2，4-二羥基苯甲酸(DA)、環(huán)六亞甲基四胺(HMT)為原料，通過水熱合成法制備了前驅(qū)體CoPc/HPS，然后將其在氨氣氣氛中700℃焙燒，便可以得到催化劑CoNx/HCS。SEM表征發(fā)現(xiàn)，焙燒后得到的空心碳球結(jié)構(gòu)完整，而且球殼上有利于電子和水分子轉(zhuǎn)移的“納米縫隙”;TEM表征發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)CoNx納米粒都是均勻的嵌入到含氮空心碳球(NHCS)球殼上;XRD表征發(fā)現(xiàn)，CoNx呈現(xiàn)高度結(jié)晶狀態(tài)，且化學(xué)配比應(yīng)為Co5.47N。在O

4、RR測(cè)試中，與等量商業(yè)的Pt/C催化劑相比，CoNx/NHCS催化劑呈現(xiàn)了可媲美甚至更優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。
　　(2)空心碳球負(fù)載氮化鐵鈷(C/FeCoNx/HCS):本文在制備了酞菁鐵、酞菁鈷負(fù)載吡啶空心碳球(FeCo/PyNGHCS)前驅(qū)體后，再在其外面包覆葡萄糖，然后在氨氣氣氛中700℃焙燒，便可以得到結(jié)構(gòu)新穎的C/FeCoNx/HCS催化劑。TEM表征發(fā)現(xiàn)，該催化劑最內(nèi)層是空心碳球，中間是活性組分FeCoNx，最外層是無定