碳載金屬卟啉催化劑的制備及其催化活性的研究.pdf

1、鉑及其合金在低溫環(huán)境下是很好的燃料電池氧還原催化劑，但其昂貴的價格和易被CO毒化限制了它作為催化劑的應用以及燃料電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。金屬卟啉化合物在酸性和堿性環(huán)境下，對分子氧具有良好的電催化還原活性，目前被認為是最有希望的催化劑材料，以期待取代貴金屬作為燃料電池氧還原催化劑。金屬卟啉類催化劑包含的三種基本要素（金屬、氮源和碳載體）經(jīng)過高溫熱處理后也同樣具備金屬卟啉配合物一樣的氧還原催化活性，這成為此類催化劑研究的一個新方向。本文利用微波法

2、和機械混合制備金屬卟啉催化劑，對影響催化劑活性的因素進行了研究，并重點針對催化劑碳載體和合成工藝，制備了具有高活性和穩(wěn)定性的Co-TMPP系列氧還原催化劑，采用電化學和物理測試手段對催化劑氧還原性能及其機理進行了分析。 1. 采用微波合成法制備了CoTMPP/MWNT電催化劑，用透射電子顯微鏡(TEM)對電催化劑微觀結(jié)構(gòu)進行表征，并通過旋轉(zhuǎn)圓盤（RDE）和旋轉(zhuǎn)環(huán)盤（RRDE）技術(shù)對電催化劑的氧還原活性進行了評價。結(jié)果表明，與有機

3、回流合成法制備的催化劑相比，微波法合成的CoTMPP/MWNT具有更好的氧還原性能，半波電位正向移動110 mV；與多孔碳負載的CoTMPP/BP2000比較，多壁碳納米管作為載體的CoTMPP/MWNT電催化劑的起始電位高10 mV，還原電流損失低21％，表現(xiàn)出更好的氧還原活性和穩(wěn)定性。CoTMPP/MWNT電催化劑表面進行的氧還原過程中電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.63，H2O2生成百分比為18.65％。 2. 機械混合三種基本前驅(qū)體（

4、硝酸鈷、碳黑和TMPP）合成氧還原鈷系復合電催化劑，應用電化學手段測試催化劑合成過程中不同混合過程、溶劑、熱處理溫度和前驅(qū)體的相對比例對電催化劑催化活性的影響。Levich-Koutecky圖中可以得知這種復合催化劑在氧還原過程中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目在２和４之間；超聲混合合成的熱解混合物顯示出比球磨混合合成的熱解混合物更好的氧還原活性；在酸性介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)混合過程的溶劑對催化劑的性能有很大影響，與　TMPP的易溶溶劑Ｎ，Ｎ二甲基甲酰胺和醋酸相比較，