新型多孔碳固載金屬酞菁催化劑的制備及在鎂空氣電池的應(yīng)用.pdf

1、金屬空氣電池由于原料豐富，制作成本低，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的關(guān)注。電池性能的好壞主要由空氣陰極決定，所以空氣陰極催化劑就會(huì)對(duì)電池性能起到重要作用。
　　為改善傳統(tǒng)碳材料氧氣傳遞效率的問題，本文設(shè)計(jì)合成了三種多孔碳材料。以瀝青為碳源，分別以納米級(jí)的MgO，F(xiàn)e2O3和Fe(OH)3為模板，成功得到了三種不同的多孔碳材料，PC1，PC2，PC3。采用氮吸附對(duì)多孔碳進(jìn)行孔徑分布和比表面積測(cè)試，得到了孔徑分布曲線。采用XRD、SEM、

2、TEM、XPS等對(duì)三種碳材料進(jìn)行組成結(jié)構(gòu)和形貌等表征，結(jié)果表明，材料為無定形結(jié)構(gòu)且石墨化程度較低，有著明顯的多孔結(jié)構(gòu)。對(duì)三種多孔碳在堿性環(huán)境下進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，分別得到制備的最佳工藝條件。
　　將得到的三種多孔碳分別固載酞菁鈷，得到催化劑。采用XRD、TEM、XPS等技術(shù)對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)、形貌及其元素組成進(jìn)行表征，結(jié)果表明，催化劑為無定形結(jié)構(gòu)，酞菁鈷均勻分布在多孔碳材料表面，且催化劑的活性中心為酞菁環(huán)中的Co-N4。對(duì)三種催化劑進(jìn)行

3、電化學(xué)性能測(cè)試，得到最佳制備工藝條件為：多孔碳:酞菁鈷=1:1(質(zhì)量比)，最佳活化溫度為400℃。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果為 PcCo/PC1、PcCo/PC2和PcCo/PC3的起始還原電位分別為0.07 V、0.04 V和0.06 V(vs. Hg/HgO)，通過K-L曲線計(jì)算可知轉(zhuǎn)移電子數(shù)分別為3.78、3.65和3.72。對(duì)三種催化劑分別進(jìn)行電化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試，采用線性循環(huán)伏安掃描，循環(huán)伏安法和時(shí)間-電流法測(cè)試，發(fā)現(xiàn)制備的催化劑在堿性環(huán)境下

4、具有良好的耐久性及電化學(xué)穩(wěn)定性。
　　將制備的催化劑應(yīng)用到鎂空氣燃料電池中，對(duì)電池的性能進(jìn)行測(cè)試。以PcCo/PC1為催化劑組裝成電池，考察了防水透氣層厚度對(duì)電池性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)厚度為0.1mm時(shí)電池峰功率達(dá)到87.9mW cm-2。更換不同載體PC2，PC3，SWCNT、MWCNT和C，固載酞菁鈷，用作催化劑，組裝成電池進(jìn)行性能測(cè)試。研究表明 PcCo/PC1、PcCo/PC2、PcCo/PC3作催化劑的電池峰功率密度分別達(dá)到