碳納米纖維負(fù)載鐵鈷鎳材料的制備及其氧還原催化性能.pdf

1、貴金屬鉑廣泛應(yīng)用于燃料電池的陰極氧還原催化劑，但由于其全球儲(chǔ)量有限，并且容易因中毒而失活，嚴(yán)重阻礙了燃料電池的發(fā)展。研究表明，在堿性電解液中，許多氮摻雜碳材料和過(guò)渡金屬的復(fù)合物具有與較好的氧還原催化活性和穩(wěn)定性，但在酸性介質(zhì)中的氧還原催化活性并不理想。本文通過(guò)靜電紡絲法，結(jié)合浸漬法和在NH3中高溫處理，制備出PAN基碳納米纖維負(fù)載金屬催化劑。采用TEM、SEM、XPS、Raman和XRD等表征方法對(duì)負(fù)載金屬的碳納米纖維的表面形貌、結(jié)構(gòu)和

2、成分等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試；采用循環(huán)伏安法、電流-時(shí)間曲線和旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極法對(duì)負(fù)載金屬碳納米纖維在酸性介質(zhì)中的氧還原催化活性進(jìn)行了研究。
　　通過(guò)對(duì)負(fù)載Fe/Co比例為1:1，不同F(xiàn)e/Co負(fù)載量碳納米纖維的研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)載量為1％和2%的碳納米纖維的表面出現(xiàn)了二次生長(zhǎng)的碳納米管結(jié)構(gòu)，且負(fù)載量為1%的樣品表面的碳納米管結(jié)構(gòu)呈竹節(jié)狀，而負(fù)載量為2%的樣品表面的碳納米管比較光滑，且直徑較小，這種碳納米管結(jié)構(gòu)提高了催化劑的穩(wěn)定性；當(dāng)熱處理氣

3、氛換成氮?dú)饣蚋淖儫崽幚硖蓟瘻囟葧r(shí)，碳納米纖維表面沒(méi)有出現(xiàn)明顯的碳納米管結(jié)構(gòu)；負(fù)載Fe/Co比例為1:3或3:1時(shí)，碳納米纖維表面只有碳包覆金屬的短棒狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)電化學(xué)測(cè)試，負(fù)載金屬碳納米纖維的氧還原催化活性比純碳納米纖維催化劑高，負(fù)載量為2%時(shí)，負(fù)載Fe/Co雙金屬的碳納米纖維在酸性介質(zhì)中的氧還原電位為0.50V，其穩(wěn)定性遠(yuǎn)比負(fù)載單金屬的好；Fe/Co比例則對(duì)碳納米纖維的氧還原催化活性影響不大，而熱處理溫度則有較大影響，經(jīng)900℃碳化的碳

4、納米纖維氧還原峰電位為0.62V，超過(guò)了商業(yè)用的Pt/C催化劑。
　　引入第三種過(guò)渡金屬Ni，研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e/Co/Ni為1:1:1時(shí)，不同F(xiàn)e/Co/Ni負(fù)載量的碳纖維表面沒(méi)有生長(zhǎng)出碳納米管結(jié)構(gòu)，但隨著金屬負(fù)載量的增加，NH3對(duì)碳納米纖維的刻蝕作用明顯加劇，纖維表面出現(xiàn)了更多的孔缺陷，斷裂現(xiàn)象嚴(yán)重。此外，當(dāng)負(fù)載量超過(guò)0.5%時(shí)，其氧還原催化活性開(kāi)始下降。
　　負(fù)載量為0.5%時(shí)，改變金屬Fe/Co/Ni的比例，對(duì)碳納米纖維