陰離子膜燃料電池核殼型Co3O4基氧還原催化劑的制備及性能研究.pdf

1、陰離子膜燃料電池(AEMFC)不僅具有能量轉(zhuǎn)化率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，而且可以使用非貴金屬做催化劑，從而降低了制造成本，成為了備受關(guān)注的新能源技術(shù)。氧還原（ORR）催化劑是陰離子膜燃料電池的關(guān)鍵部件之一，開(kāi)發(fā)新型的、成本低廉的氧還原催化劑，對(duì)推動(dòng)燃料電池的發(fā)展具有重要意義。
　　本文首先采用液相沉淀法合成5～10 nm左右的Co3O4，再用超聲法制備了不同比例的Co3O4/C催化劑，合成方法簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保。最優(yōu)條件下（Co3O4的質(zhì)

2、量為Co3O4/C催化劑的50％）制備的Co3O4/C催化劑的比表面積是146.26 m2g-1，在-0.8 V下的極限電流密度是2.93 mA·cm-2，氧還原反應(yīng)的轉(zhuǎn)移電子數(shù)是2.51。
　　在此基礎(chǔ)上，采用超聲法制備了氧化石墨烯(GO)包覆Co3O4的核殼型催化劑(Co3O4@GO/C)。當(dāng)GO含量為Co3O4的5％時(shí)，所制備催化劑的比表面積達(dá)到220.54 m2g-1，氧還原催化活性最高，在-0.8 V下的極限電流密度是4

3、.3 mA·cm-2。
　　為進(jìn)一步降低成本，以石墨相氮化碳(g-C3N4)取代GO，采用同樣方合成了Co3O4@g-C3N4/C催化劑。結(jié)果表明，隨g-C3N4含量的增加，催化劑活性先增大后減小，當(dāng)g-C3N4含量為Co3O4的3％時(shí)，比表面積達(dá)到172.31 m2g-1，催化活性最大，在-0.8 V下的極限電流密度是3.65 mA·cm-2。用S對(duì)g-C3N4進(jìn)行摻雜后，可以進(jìn)一步提高催化劑(Co3O4@S-g-C3N4/C)

4、的氧還原催化活性，當(dāng)S與g-C3N4的比例為1∶3時(shí)，比表面積增大到201.37 m2g-1，在-0.8 V下的極限電流密度提高到4 mA·cm-2。
　　這三種催化劑催化活性順序?yàn)镃o3O4@GO/C＞Co3O4@S-g-C3N4/C＞Co3O4@g-C3N4/C，相對(duì)于Co3O4/C催化劑，分別提升了48％、37％、26％。在最優(yōu)條件下制備的三種催化劑的轉(zhuǎn)移電子數(shù)分別是3.5、3.6、3.65。說(shuō)明氧氣基本是依靠四電子途徑來(lái)擴(kuò)