鈷-聚吡咯類催化劑在堿性介質(zhì)中氧還原催化性能的研究.pdf

1、燃料電池作為一種高能量轉(zhuǎn)換效率且清潔無污染的能源轉(zhuǎn)化裝置引起了廣泛的興趣。但是由于其氧還原動(dòng)力學(xué)比較緩慢，制約了其商業(yè)化應(yīng)用，因此陰極氧還原催化劑對(duì)于燃料電池的性能至關(guān)重要。鉑及其合金類催化劑對(duì)于氧還原反應(yīng)具有良好的催化活性，但是其資源短缺、價(jià)格昂貴，大大限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。因此，尋找價(jià)格低廉、性能好的非貴金屬氧還原催化劑成為了學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。金屬-氮/碳類（M-N/C）催化劑由于具有很高的活性和選擇性逐漸成為燃料電池氧還原催

2、化劑的研究熱點(diǎn)之一，而其中尤以Co-PPy類催化劑的應(yīng)用研究更為廣泛。
　　為此，本文通過研究不同金屬前驅(qū)體和熱處理溫度對(duì)Co-PPy-TsOH/C催化劑在堿性介質(zhì)中的氧還原反應(yīng)的電催化性能的影響，優(yōu)化了的Co-PPy-TsOH/C的制備條件。研究結(jié)果表明：制備條件，包括金屬前驅(qū)體和熱處理溫度對(duì)于Co-PPy-TsOH/C催化劑在堿性介質(zhì)中的氧還原性能均有一定的影響，其中以醋酸鈷為金屬前驅(qū)體、熱處理溫度為800℃制備得到的催化劑在

3、堿性介質(zhì)中電化學(xué)活性最高，四電子反應(yīng)的選擇性最高；金屬鈷顆粒并不利于催化劑的電化學(xué)性能，但是Co- N鍵在催化劑中起到非常重要的作用，其中氮元素主要起作用的是吡啶氮。
　　另外，本文采用聚吡咯作為載體，通過熱處理的方法利用不同添加劑制備得到了不同大小顆粒狀的PPy-Co、PPy-TsOH-Co和線狀的PPy-CTAB-Co催化劑，研究了聚吡咯形貌對(duì)Co-PPy催化劑氧還原反應(yīng)電催化性能的影響。結(jié)果表明，PPy-CTAB-Co催化劑

4、表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，其氧還原起始電位、氧還原電位、氧還原電流、四電子反應(yīng)的選擇性和穩(wěn)定性都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒狀的PPy-Co和PPy-TsOH-Co催化劑。經(jīng)過驗(yàn)證其最大可能的影響因素在于比表面積，不同形貌催化劑及前驅(qū)體表現(xiàn)出的比表面積均有明顯差異。比表面積的不同會(huì)帶來兩個(gè)影響：一方面，比表面積越高，其表面吸附鈷的量越高，從而形成氧還原催化活性位Co-N結(jié)構(gòu)更多；另一方面，比表面積高的催化劑可以暴露出來的活性位更多，更有利于氧還原催化