燃料電池非貴金屬陰極M-N-C催化劑的制備及性能研究.pdf

1、隨著科技和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)電能的使用越來(lái)越廣泛，需求量也越來(lái)越大，然而傳統(tǒng)的化石燃料不但資源有限，而且對(duì)環(huán)境造成了極大的污染，這一切使得全球?qū)﹂_發(fā)和使用可持續(xù)供給的清潔能源有了強(qiáng)烈而迫切的需求。燃料電池因?yàn)槠渚哂胁僮鳒囟鹊汀⒛芰棵芏雀?、啟?dòng)速度快、噪音比較低和無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)，可以廣泛的應(yīng)用于航天飛行、固定發(fā)電裝置，移動(dòng)電源，便攜式電源和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，是未來(lái)理想的能源之一。其美好的應(yīng)用前景，燃料電池的研究成為電化學(xué)和能源科學(xué)領(lǐng)域的一

2、個(gè)研究熱點(diǎn)，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都投入大量的人力和物力來(lái)研究和開發(fā)這一領(lǐng)域，我國(guó)政府和科研工作者也對(duì)這一領(lǐng)域給予了高度的關(guān)注和積極的努力。燃料電池陰極催化劑的用量高達(dá)90％，由于鉑資源的儲(chǔ)量較少，價(jià)格昂貴，使得燃料電池的成本非常高，這是阻礙燃料電池廣泛使用的原因之一。開發(fā)和研究成本相對(duì)較低，催化活性較好的非貴金屬催化劑成為燃料電池研究的主要工作之一。本文分別以氧化石墨烯和碳納米管制備出了兩種電化學(xué)催化劑，并通過(guò)不同的技術(shù)手段對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了

3、初步的研究。
　　 通過(guò)簡(jiǎn)單的兩步熱分解法制備了一種很有前景的氧還原反應(yīng)Co/N/rGO(NH3)催化劑，即將硝酸鈷(Co(NO3)2·6H2O)，聚乙烯亞胺(PEI)和氧化石墨烯(GO)的混合物依次在氬氣環(huán)境和氨氣環(huán)境中就行熱處理。利用掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)催化劑的表面形貌進(jìn)行了表征，X射線光電子能譜儀(XPS)檢測(cè)了催化劑表面的化學(xué)組分，循環(huán)伏安法(CV)和線性掃描伏安法(LSV)對(duì)催化劑在堿性

4、溶液中的氧還原性能進(jìn)行了測(cè)試，計(jì)時(shí)電流法研究了穩(wěn)定性。XPS表明催化劑表面主要為吡啶氮（原子含量高達(dá)46％），RDE在0.1 M KOH溶液中的動(dòng)力學(xué)測(cè)試表明催化劑具有很高的氧還原催化活性。催化劑在氧還原反應(yīng)中的電子交換數(shù)約為3.9，進(jìn)一步的表明氧還原反應(yīng)中由O2到H2O主要以4e-途徑進(jìn)行。耐久性表明催化劑的穩(wěn)定性非常好。
　　 通過(guò)兩步熱分解法，以過(guò)渡金屬、碳納米管和有機(jī)高分子聚合物為前驅(qū)體制備了非貴金屬催化劑（Co/N/C