氮摻雜MoS2-C復(fù)合體微生物燃料電池陰極性能的研究.pdf

1、隨著氣候變暖以及化石燃料等不可再生資源消耗殆盡，環(huán)境和能源問(wèn)題日益凸顯出來(lái)，尋找綠色可再生能源受到各國(guó)關(guān)注，以便構(gòu)建和優(yōu)化現(xiàn)有的能源體系。微生物燃料電池(microbial fuel cells)是一種基于污水處理和能量回收發(fā)電的裝置，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸成為能源領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。目前，微生物燃料電池輸出功率低和陰極催化劑成本較高是限制該項(xiàng)技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的主要因素。
　　探尋高效率和低成本的陰極催化劑材料是目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。本文制

2、備了兩種陰極催化劑，采用X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、比表面積(BET)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等物理和化學(xué)表征測(cè)試手段對(duì)材料的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。并使用循環(huán)伏安法(CV)、線性掃描伏安法(LSV)和旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)等電化學(xué)測(cè)試方法測(cè)試其電化學(xué)活性。
　　三聚氰胺作為碳源和氮源，鉬酸銨和硫脲分別作為鉬源和硫源，并且利用普朗尼克F127作為軟模板，采用液體自組裝和高溫碳化的

3、方法，制備氮摻雜二硫化鉬(N-MoS2/C)復(fù)合體陰極催化劑材料。通過(guò)改變不同的碳化溫度，從而調(diào)節(jié)N-MoS2/C的結(jié)構(gòu)與催化活性之間的關(guān)系，探究N-MoS2/C的結(jié)構(gòu)組成和活性成分對(duì)氧還原性能的影響。MoS2的結(jié)晶度隨著碳化溫度的升高而增強(qiáng)。在分段煅燒去除表面活性劑F127的過(guò)程中，大量的活性中心暴露出來(lái)，從而增強(qiáng)了氧還原活性并提高了氧的滲透率。N-MoS2/C-900作為微生物燃料電池陰極催化劑具有最大的功率密度(0.815 W m

4、-2)遠(yuǎn)高于Pt/C(10 wt.％)陰極，并且在持續(xù)運(yùn)行1700 h后，僅僅下降了1.23％。N-MoS2/C-900催化劑的氧還原路徑以四電子過(guò)程為主，這主要是由于豐富的晶格缺陷和有效的氮摻雜（吡啶氮、吡咯氮和Mo-Nx）之間的協(xié)同作用。
　　利用三聚氰胺作為氮源和碳源，鉬酸銨作為鉬源以及硫脲作為硫源，在升溫機(jī)械混合的過(guò)程中引入碳納米管(CNT)，經(jīng)高溫碳化后形成N-MoS2/C/CNT-x(x=600，700，800，900

5、)復(fù)合材料。N-MoS2/C/CNT-800具有最大的比表面積121.98m2 g-1，其作為微生物燃料電池的陰極也展現(xiàn)出了最大的功率密度(0.824 W m-2)，其電化學(xué)活性得到了提升，并且作為陰極催化劑應(yīng)用于MFCs時(shí)具有良好的穩(wěn)定性。
　　利用三聚氰胺、鉬酸銨和硫脲為前驅(qū)體，并在合成的過(guò)程中分別引入F127和CNT后經(jīng)高溫碳化得到的氮摻雜復(fù)合材料(N-MoS2/C、N-MoS2/C/CNT)在MFCs中是一種良好的替代Pt