燃料電池陰極金屬摻雜多孔碳催化劑研究.pdf

1、綠色能源是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。低溫燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、操作溫度低、燃料豐富、環(huán)境友好等特點(diǎn)，是便攜式電器、電動(dòng)汽車等理想的電源。然而，燃料電池的性能和成本問題仍制約著其商業(yè)化進(jìn)程，其中貴金屬催化劑約占其成本的49％，研發(fā)高活性、高穩(wěn)定性以及廉價(jià)的燃料電池陰極非貴金屬電催化劑具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本論文主要針對(duì)堿性介質(zhì)中非貴金屬催化劑結(jié)構(gòu)不合理、活性較差的問題，從仿生及利用生物質(zhì)材料角度出發(fā)，設(shè)計(jì)并制備了一系列過渡金屬摻雜

2、的多孔碳材料，采用現(xiàn)代譜學(xué)顯微技術(shù)及電化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行了物性表征及電化學(xué)性能測(cè)試，研究了其微觀結(jié)構(gòu)與催化行為之間的關(guān)系。研究工作主要包括:
　　(1)采用簡單的“一鍋法”制備了仿肺三維多孔Fe-N-C高效氧還原反應(yīng)(ORR)電催化劑。將SiO2微球模板與碳源、氮源、鐵源直接混合，利用溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)模板自組裝合成Fe-N-C前體，通過高溫?zé)峤鈨?yōu)化制備了具有三維相連通的球形介孔-大孔結(jié)構(gòu)的Fe-N-C電催化劑，其孔徑分布在10-100

3、nm之間，F(xiàn)e、N、C元素均勻分布，且分析了不同熱解溫度對(duì)材料結(jié)構(gòu)形貌的影響。該催化劑起始氧還原電位為0 V(vs.Ag/AgCl)，半波電位為-0.15 V(vs.Ag/AgCl)，活性與商品Pt/C催化劑相當(dāng)(半波電位為-0.147 V)。在-0.4 V(vs.Ag/AgCl)下進(jìn)行1800 s計(jì)時(shí)電流測(cè)試，電流密度僅衰減7％，優(yōu)于商品Pt/C（衰減18％）。在CV法抗甲醇性能測(cè)試中，與Pt/C相比無氧化電流，抗甲醇性能優(yōu)異。

4、>　　(2)以柑橘皮為碳源，利用其自身孔結(jié)構(gòu)通過浸漬法擔(dān)載Mn前體，采用高溫?zé)峤夥ㄖ苽淞碎倨ぬ紦?dān)載的面心立方結(jié)構(gòu)的MnOx電催化劑。MnOx納米顆粒粒徑為10-20nm，均勻擔(dān)載于多孔橘皮碳表面。其ORR起始氧還原電位為-0.09 V(vs.Ag/AgCl)，半波電位為-0.175 V(vs.Ag/AgCl)，與商品Pt/C催化劑接近，極限電流密度為6mAcm-2，在-0.4 V(vs.Ag/AgCl)下進(jìn)行1800 s計(jì)時(shí)電流測(cè)試，電