非貴金屬基氧還原反應催化劑的制備及性能研究.pdf

1、作為最高效利用氫能等清潔能源的燃料電池，由于能量轉換效率高、對環(huán)境污染小等優(yōu)點得到了廣泛的研究。由于燃料電池主要涉及到的氫氧化反應(HOR)和氧還原反應(ORR)動力學過程較慢，常常采用鉑作為催化劑，由于氧還原反應過程比氫氧化過程更慢，需要更多的鉑催化劑。鉑的儲量少、價格高，不能滿足燃料電池大規(guī)模應用的需要。
　　過渡金屬氧化物以及過渡金屬碳化物由于具有良好的氧還原反應活性而受到廣泛的研究，其中金屬錳和鐵等元素由于價態(tài)多、原料廉價

2、易得等因素，極有可能成為鉑基催化劑的替代物。但是，由于其材料本身的導電性差、活性位點少，導致了其本身的催化氧還原反應性能比鉑差，因此這類材料的重點在于提高其催化劑活性。
　　本論文的內容在于通過調節(jié)金屬氧化物的尺寸及形貌、摻雜稀土元素改性和增加金屬碳化合物活性位點等方法，控制合成尖晶石型MnCo2O4、鑭摻雜鈣鈦礦型CaMnO3和納米纖維Fe3C/C材料，并研究它們的電催化氧還原性能。
　　論文首先采用溶劑熱法合成錳鈷碳酸鹽

3、前驅體，煅燒之后得到多孔尖晶石型MnCo2O4。通過在合成過程中添加不同含量的醋酸銨，可以得到尺寸減小及形貌改變的多孔尖晶石MnCo2O4。其中最優(yōu)的MCO-10催化劑表現(xiàn)出最正的初始還原電位-0.15 V，最大的極限電流密度5.0 mA cm-2(-0.7 V)，其極限電流密度與Pt/C催化劑5.2 mAcm-2相當。
　　論文接著采用海藻酸鈣纖維為前驅物，通過離子交換法，得到了鈣鈦礦型CaMnO3和一系列的鑭摻雜鈣鈦礦型CaM

4、nO3。鑭元素的摻雜，使CaMnO3晶粒變小以及比表面積增加。其中最優(yōu)的10％ LCMO表現(xiàn)出最正的半波電位-0.28 V，最大的極限電流密度5.37 mA cm-2(-0.7 V)。
　　論文最后采用普魯士藍和PAN作為前驅物，采用靜電紡絲法，煅燒之后得到了納米纖維狀的Fe3C/C化合物。由于纖維結構可以提供更大的比表面積和孔隙率，非常有利于增加活性位點和加速質量傳輸過程。其中最優(yōu)的Fe3C/C-900材料表現(xiàn)出最正的半波電位-