鈷-硫化鈷-碳復(fù)合物微生物燃料電池陰極性能的研究.pdf

1、隨著能源消耗的加劇，以及環(huán)境問(wèn)題的日益突出，微生物燃料電池(Microbialfuel cells)由于其能夠利用微生物的催化作用將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為電能，并且能夠同時(shí)達(dá)到污水處理的目的越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但是微生物燃料電池也存在著輸出電壓不高，功率密度較低，陰極催化劑成本較高等問(wèn)題，因此阻礙了微生物燃料電池進(jìn)一步的大規(guī)模應(yīng)用。
　　陰極催化劑的氧還原活性是限制空氣陰極微生物燃料電池的最主要因素之一，因此，針對(duì)陰極所存在的問(wèn)題

2、，本文先后制備了兩種陰極催化劑，通過(guò)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。還有通過(guò)循環(huán)伏安(CV)和線性掃描伏安法(LSV)和旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)測(cè)試，利用Koutecky-Levich方程計(jì)算出氧還原過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)。
　　利用聚苯胺和硝酸鈷分別作為碳源（氮源）和鈷源制備了氮摻雜的C

3、o/Co9S8/部分石墨化碳(Co/Co9S8/NPGC)催化劑。Co/Co9S8/NPGC的結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系通過(guò)調(diào)節(jié)不同的焙燒溫度，研究不同活性成分和氮摻雜的官能團(tuán)對(duì)氧還原反應(yīng)的影響。隨著溫度的升高，從Co9S8中還原的Co的結(jié)晶越來(lái)越好使Co和Co9S8形成異質(zhì)連接。用Co/Co9S8/NPGC-800作為陰極的微生物燃料電池具有最大的功率密度(1156 mW m-2)和最小的電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻(11.1Ω)，并且在連續(xù)運(yùn)行75 d以后其

4、功率密度優(yōu)于Pt/C(10 wt.％)。雖然單獨(dú)的Co9S8在氧還原反應(yīng)中只有有限的作用，但是Co/Co9S8對(duì)微生燃料電池的陰極的活性和耐久性有不可或缺的作用。Co/Co9S8/NPGC-800和900的氧還原過(guò)程四電子為主的過(guò)程。主要是由于催化劑中的吡啶氮、石墨化氮和Co-Nx。
　　利用聚苯胺(PANI)作為氮源和碳源，在引入鈷源之前，加入KOH促進(jìn)生成更穩(wěn)定的聚苯胺和鈷的螫合物，高溫焙燒之后形成C-N-M結(jié)構(gòu)的催化劑同時(shí)也

5、有利于得到石墨化程度更好的碳材料，增強(qiáng)了催化劑的導(dǎo)電性也有利于提高其催化活性，Co/PGC-900具有最大的BET比表面積354.39 m2 g-1，Co/PGC-900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為1201mW m-2在末期的功率密度也僅僅下降了4％，Pt/C卻下降了11.6％。利用KOH調(diào)控的Co/PGC催化劑具有更大的比表面積和更大的功率密度。
　　利用聚苯胺和鈷源為前驅(qū)體制備出的氮摻雜的金屬硫化物部分石