中空納米碳材料的制備及電催化性能的研究.pdf

1、隨著能源的快速消耗，燃料電池已經(jīng)成為新型能源中非常重要的一部分。Pt/C被廣泛的應(yīng)用于燃料電池的電極負(fù)極中，但是，由于Pt/C具有耐久性差，甲醇交叉效應(yīng)，CO中毒等特性，制約著燃料電池在能源方面的快速發(fā)展，因此，我們需要致力于開發(fā)一種新型非貴金屬催化劑材料來代替Pt/C。目前非貴金屬摻雜的多孔碳材料（M-N-C）是眾多研究者研究的熱點(diǎn)，其出色的比表面積，多孔結(jié)構(gòu)和雜原子摻雜形成的大密度的活性位點(diǎn)使得他們表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，耐久性和抗甲

2、醇性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用一種新型的“活性硬模板”方法制備介孔中空梭形形狀的Fe-N-C催化劑，其中氮摻雜石墨化的碳包裹Fe3C鑲嵌在梭形Fe-N-C的碳層中。再合成方法上我們發(fā)現(xiàn)核心的梭形Fe2O3既為催化劑提供梭形的結(jié)構(gòu)，也為催化劑在生成Fe3C納米顆粒提供鐵源，聚多巴胺(PDA)殼作為催化劑的金屬離子(Fe3+)促進(jìn)聚合物分解成碳物質(zhì)，促進(jìn)Fe3C在分解期間的沉積。因?yàn)榘谑紝又蠪e3C納米顆粒和高介孔中

3、空結(jié)構(gòu)中的Fe-Nx物質(zhì)對(duì)于活性位點(diǎn)具有促進(jìn)作用。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中空梭形的Fe-N-C催化劑的半波電位、電子轉(zhuǎn)移數(shù)和雙氧水產(chǎn)率都接近于商業(yè)化Pt/C，在耐久性，抗甲醇性方面表現(xiàn)出比商業(yè)化Pt/C催化劑更出色的性能。⑵采用“活性硬模板”方法，以鈷球作為模板，多巴胺和Fe3+螯合后包覆在鈷球的表面，經(jīng)過高溫退火和酸處理后得到鐵鈷雙摻雜的具有中空碳球結(jié)構(gòu)的(Fe，Co)-N-C催化劑。在制備過程中，鈷球?yàn)?Fe，Co)-N-C催化劑不僅提供鈷