氮摻雜多孔炭基電催化材料的制備及其性能調(diào)控.pdf

1、氧氣還原反應(yīng)(ORR)是新能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換中涉及的重要電化學(xué)反應(yīng)，由于其動(dòng)力學(xué)過(guò)程緩慢，需要應(yīng)用催化劑促進(jìn)其反應(yīng)過(guò)程，因而研究低廉高效的ORR催化劑具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。Metal-free多孔炭材料由于具有良好的電催化活性和穩(wěn)定性，且來(lái)源廣、成本低，被認(rèn)為是最有可能替代Pt/C的電催化材料之一。植物類生物質(zhì)，不僅含有大量的氮和碳，而且其具有豐富的營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸通道，是制備氮摻雜多孔炭良好的模板。因此，制備植物基氮摻雜多孔炭材料，對(duì)開發(fā)低廉高效的

2、ORR電催化劑具有重要意義。本論文取得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以廢棄的柚子皮為原料，首先將其在超鹽環(huán)境(NaCl，ZnCl2和FeCl3的過(guò)飽和溶液)中常溫浸漬處理，然后再經(jīng)高溫炭化和活化，制備出柚子皮基氮摻雜多孔炭。通過(guò)對(duì)多孔炭的形貌、結(jié)構(gòu)及電催化活性的表征，最終確定了其最佳炭化和活化的制備條件。與常規(guī)的熱解炭化方法相比，超鹽處理得到的柚子皮基炭具有較高的比表面積(3092.26m2g-1)，含氮量(2.81％N/C)，

3、并且具有良好的ORR催化活性（E1/2為0.86Vvs RHE，JK為10.40mA cm-2），電化學(xué)穩(wěn)定性及抗甲醇性能。其性能超過(guò)商業(yè)Pt/C催化劑?；钚云鹪纯梢詺w因于柚子皮基炭較大的比表面積，較高的石墨化程度以及較高的氮含量。
　　(2)以白蘿卜為原料，采用上述相同的超鹽處理+炭化+活化的方法，制備了蘿卜基氮摻雜多孔炭。制備的蘿卜基炭具有獨(dú)特的六邊形孔結(jié)構(gòu)，比表面積為1595.42m2g-1，氮含量為2.92％(N/C)。其

4、ORR電催化活性超過(guò)柚子皮基多孔炭和商業(yè)Pt/C催化劑。這種優(yōu)異的ORR活性可歸因于其獨(dú)特的六邊形孔結(jié)構(gòu)。
　　(3)分別采用商業(yè)炭黑、柚子皮基炭、蘿卜基炭為載體，制備炭載氧化鑭復(fù)合電催化劑。三種炭載氧化物中，蘿卜基炭載氧化鑭的活性最好，半波電位為0.90V。復(fù)合催化劑的高ORR催化活性是由于炭與La2O3之間形成C-O-La共價(jià)鍵，通過(guò)此共價(jià)鍵，電子從炭轉(zhuǎn)移到La2O3上，且占據(jù)La上未充滿的eg軌道。填充的eg電子不僅能促進(jìn)氧