燃料電池Fe-N-C非貴金屬陰極催化劑的合成與性能研究.pdf

1、能源是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力，而可持續(xù)發(fā)展的綠色能源是當(dāng)今各國(guó)極力倡導(dǎo)的新理念。直接甲醇燃料電池（DAFC）具有能量轉(zhuǎn)化率高、操作溫度低、燃料來(lái)源豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是當(dāng)前便攜式電器以及電動(dòng)汽車等最理想的電源供應(yīng)裝置。但是DAFC的高成本是制約其進(jìn)一步商業(yè)化推廣的主要障礙，其中以昂貴的貴金屬為主的催化劑占據(jù)了燃料電池成本的一半，這就使得尋求可替代或部分替代貴金屬的催化劑成為了研究的熱點(diǎn)。本文通過(guò)簡(jiǎn)單的合成方法制備了鐵氮摻雜碳載

2、復(fù)合物，將其用作燃料電池的陰極催化劑。最后對(duì)該催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)和電化學(xué)的表征。主要工作：
　　1.在合成聚苯胺的過(guò)程中加入普魯士藍(lán)前驅(qū)體，在氫氣氣氛下，高溫?zé)崽幚砗铣沙隽艘环N Fe-N/C結(jié)構(gòu)的非貴重金屬催化劑。傅里葉紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）表征催化劑的結(jié)構(gòu)，同時(shí)在酸性、中性、堿性對(duì)催化劑的催化性能進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明，該催化劑在不同的介質(zhì)下都有良好的氧還原反應(yīng)（ORR）催化性能。
　　2.以碳納米管（

3、CNTs）為碳載體，聚苯胺在載體上發(fā)生聚合，再加入硫酸亞鐵銨（(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O）作為金屬前驅(qū)體，在高溫氮?dú)鈿夥障拢瑹崽幚淼玫揭环NFe-N-CNTs非貴重金屬電催化劑，傅里葉紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）表征催化劑的結(jié)構(gòu)，通過(guò)電化學(xué)測(cè)試手段研究該催化劑的氧還原反應(yīng)（ORR）催化性能。研究催化劑合成的兩大影響因素：熱處理溫度、金屬含量。結(jié)果表明：熱處理溫度為700℃，F(xiàn)e的百分含量為6％時(shí)得到的Fe-

4、N-CNTs催化劑性能最好，該催化劑在堿性介質(zhì)中具有良好的氧還原反應(yīng)（ORR）催化性能，優(yōu)異的四電子選擇性，良好的抗甲醇性以及耐久性。
　　3.水熱法合成氧化石墨烯（GO），以GO為碳載體，以鄰二氮菲（Phen）為氮源，以硫酸亞鐵銨（(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O）為鐵源，通過(guò)高溫惰性氣氛熱處理得到一種Fe-N-GO結(jié)構(gòu)的摻鐵氮石墨烯氧還原反應(yīng)電催化劑，傅里葉紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）表征催化劑的結(jié)構(gòu)