鈷基納米材料的制備及其在催化氧氣還原中的應(yīng)用.pdf

1、燃料電池作為一種新型的能量轉(zhuǎn)換裝置，具有反應(yīng)物來(lái)源廣泛、能源轉(zhuǎn)換高效，對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)。而陰極氧氣還原過(guò)程緩慢一直是限制其被廣泛應(yīng)用的重要因素。目前被用于商業(yè)燃料電池氧氣還原的最有效催化劑仍然是Pt/C催化劑，但鉑的價(jià)格昂貴、催化過(guò)程中穩(wěn)定性差且易被毒化，因此尋找可替代Pt/C的價(jià)格低廉且高效的催化劑成為一直以來(lái)我們工作的重點(diǎn)。目前解決該問(wèn)題主要有以下兩種思路：一是減少Pt的用量如負(fù)載和多元金屬合金等，這在短期內(nèi)仍然是最有效的方法。二是

2、尋找適合的非貴金屬，從長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)，這將是更好的解決方案。過(guò)渡金屬氧化物和摻雜碳材料都是目前被廣泛研究的多種催化劑中重要的組成部分。本文圍繞兩方面進(jìn)行研究：多孔鈷氧化物材料的合成方法的優(yōu)化；鈷氧化物和摻雜碳材料相結(jié)合應(yīng)用于催化ORR。通過(guò)SEM,TEM,XRD，XPS等測(cè)試手段對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行組分和結(jié)構(gòu)的表征，用電化學(xué)工作站和旋轉(zhuǎn)電極體系測(cè)試其電化學(xué)性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴電催化在很大程度上跟催化劑的表面情況密切相關(guān)，制得多孔

3、結(jié)構(gòu)的Co3O4可以提高催化劑的表面積，暴露盡可能多的催化活性位點(diǎn)，這將會(huì)對(duì)催化中電子和物質(zhì)的傳遞及反應(yīng)起到促進(jìn)作用。本文我們采用無(wú)模板法，通過(guò)一步溶劑熱法合成了形貌均一的球形產(chǎn)物，進(jìn)一步的煅燒，得到我們期望的多孔Co3O4材料。克服了硬模板法中模板較難除去和軟模板法中模板易變形的缺點(diǎn)。我們還討論了反應(yīng)物原料、溶劑組成及煅燒溫度對(duì)最終產(chǎn)物形貌的影響。該工作也將會(huì)為貴金屬在其上的負(fù)載并將其應(yīng)用在氧化一氧化碳，鋰離子電池，磁性材料和傳感領(lǐng)域

4、打下基礎(chǔ)。⑵對(duì)于將金屬氧化物與氮摻雜碳材料相結(jié)合，目前常用的制備方法是在惰性氣氛中，熱解碳材料和已吸附在碳材料上的金屬和氮源。這種方法克服了直接熱解而導(dǎo)致的比表面積小和難以控制的缺點(diǎn)。但另一方面，既然是負(fù)載，就不可避免地出現(xiàn)金屬和氮源只存在于載體表面使得它們相互之間結(jié)合不牢固以及在載體表面分布不均的現(xiàn)象，這些表現(xiàn)在催化性能上就會(huì)使其活性及穩(wěn)定性下降。進(jìn)一步簡(jiǎn)化，打破傳統(tǒng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)氧化物與氮摻雜碳材料的結(jié)合，使該雜化材料各部分之間能實(shí)現(xiàn)更有