非貴金屬聚吡咯碳類氧還原催化劑的制備與性能研究.pdf

1、由于質子交換膜燃料電池擁有啟動快、壽命長、能量大、無污染等特點,在汽車動力裝置、移動電源以及發(fā)電廠都有比較良好的應用前景,但由于還有很多技術瓶頸不能解決,質子交換膜燃料電池離真正的商業(yè)化應用還有比較遙遠的距離。碳負載的鉑和鉑合金催化劑是目前發(fā)現的最好的燃料電池氧還原電催化劑,但金屬鉑的儲量比較少、價格高昂,因此在大規(guī)模商業(yè)化應用上還是有很大的障礙。另外,對于醇類催化劑,金屬鉑催化劑容易被氧化,從而降低電池的電位,犧牲電池的性能,而且在反

2、應過程中產生的CO容易毒化貴金屬催化劑,從而使催化劑失活,降低電池的性能。因此,目前的研究方向主要是尋找更廉價、更穩(wěn)定的催化劑。
　　碳負載的鈷基和鐵基含氮催化劑(Carbon supported Cobalt-based and iron-based Nitrogen-containing catalysts,下文中統(tǒng)稱為M-N/C催化劑,其中的M代表金屬)因具有良好的氧還原催化性能和低廉的價格,被認為很有希望取代現用的鉑基催化

3、劑而成為未來低溫燃料電池的實用催化劑,國際學術界近年來對其進行了大量的研究工作,研究表明 M-N/C類催化劑的氧還原催化性能與載體、金屬前軀體、金屬的種類與含量、氮源及氮的含量、熱處理工藝和條件、催化劑的結構及金屬和氮的存在形式和配位數等有非常密切的關系。本論文以鐵鹽和鈷鹽為金屬前軀體、BP2000為碳源、聚吡咯為氮源、對甲基苯磺酸為摻雜劑,考察了聚吡咯及摻雜劑的加入量、金屬種類和含量及熱處理條件對催化劑性能的影響,并對催化劑的制備工藝

4、進行了進一步的優(yōu)化。
　　實驗結果表明,聚吡咯的加入量對催化劑的性能影響比較大,聚吡咯的加入能夠顯著的提高催化劑的氧還原電位以及電子轉移數,減少雙氧水的產生;金屬的種類和含量也對催化劑的影響較為顯著,當催化劑中的Co原子數和Fe原子數之比為1:2時的催化劑擁有最好的性能,合金催化劑的性能也較為優(yōu)越;同時發(fā)現當熱處理溫度為800℃時,催化劑Fe-PPyTsOH/C催化劑擁有更好的催化性能,這也與以前很多文獻中報道的同類催化劑最適宜熱