雜原子摻雜碳材料的制備及其電催化氧氣還原性能研究.pdf

1、低溫燃料電池有著高效、低污染排放等特點，是應對能源可的持續(xù)性和分散生產(chǎn)問題的一種具有廣闊應用前景的能源轉(zhuǎn)換裝置。由于陰極氧還原進程非常緩慢，需要大量的催化劑負載在陰極以加快其反應進程。目前最有效的電催化劑為鉑基材料。然而，其高成本和穩(wěn)定性能差成為大規(guī)模商業(yè)化應用的障礙?，F(xiàn)有的研究致力于開發(fā)出非貴金屬催化劑來降低電池成本。相較于金屬催化劑，雜原子摻雜碳基具有抗CO中毒、抗甲醇滲透、低成本和高穩(wěn)定性等優(yōu)點。本論文主要制備了高活性非金屬雜原子

2、摻雜碳材料，并將其用作燃料電池的陰極氧還原催化劑。我們結(jié)合其形貌和電化學活性等參數(shù)對其影響因素進行了系統(tǒng)深入的探討。
　　（1）基于碳納米管獨特的電性能和高比表面積以及硫、碳之間相似的電負性。采用苯二硫醇和酸化的碳納米管為原料，通過熱解法制備得到硫摻雜碳納米管。我們通過采用苯二硫酚的同分異構(gòu)體為硫源、改變熱解溫度、改變對苯二硫酚與碳納米管的比例來制備得到催化性能最為優(yōu)異的硫摻雜碳納米管。然后使用透射電鏡、x射線光電子能譜和拉曼光譜

3、對硫摻雜碳納米管的結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)進行了表征。最后我們采用旋轉(zhuǎn)圓盤伏安法對樣品的氧還原催化性能進行測試。結(jié)果表明，熱處理溫度為900 ℃時，由對苯二硫酚和酸化碳納米管制備出的硫摻雜碳納米管（pSCNTs）的催化性能最好，其ORR起始電位為-0.082 V（vs Ag/AgCl），在–0.35 V時的極限電流密度為34.6 mA cm-2，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.71，說明pSCNTs電催化ORR機理為四電子過程。
　?。?）碳微球具有優(yōu)良的

4、電性能、低密度和高穩(wěn)定性能等特點，而硼原子有著缺電子特性(電負性：2.04)，能改變碳晶格SP2雜化軌道中的電荷密度促進氧還原效率。首先我們采用傳統(tǒng)的乳液聚合制備出PS乳膠球，結(jié)合水熱反應在PS乳膠球外層包覆酚醛樹脂得到PS@PF復合球，再通過水熱反應將硼酸與制備好的PS@PF復合球中的酚醛樹脂發(fā)生反應，最后高溫碳化得到硼摻雜碳微球。我們使用透射電鏡、傅里葉紅外光譜和旋轉(zhuǎn)圓盤伏安法分別對硼摻雜碳微球的形貌、化學性質(zhì)及電化學性能進行表征。