鎢基化合物-有序介孔碳氮復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、基于過渡金屬和氮摻雜的高石墨化碳材料具有較好的氧還原催化活性，能有效降低燃料電池生產(chǎn)成本，有望取代貴金屬如Pt/C催化劑材料而獲得實(shí)際應(yīng)用。本文以鎢基化合物為電催化活性物質(zhì)，采用具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)和較大比表面積的有序介孔碳材料為載體，為進(jìn)一步改善碳載體表面活性，提高其導(dǎo)電率，采用了非金屬N原子對(duì)介孔碳進(jìn)行摻雜，并通過添加鈷源至載體前驅(qū)液中，制備了具有較高電催化活性的二元氮化物W3Co3N。主要研究結(jié)果如下：
　　（1）以酚醛樹脂為碳

2、源、F127為模板劑、磷鎢酸為鎢源，通過溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝方法，經(jīng)900℃下的碳熱還原反應(yīng)后，制備了含氧化鎢、金屬鎢以及非整比的鎢酸鈉等鎢基化合物/有序介孔碳復(fù)合材料。結(jié)果顯示，磷鎢酸的添加量及熱處理溫度影響鎢基化合物的種類與含量，磷鎢酸添加量較大，碳化溫度較低時(shí)，鎢元素主要以高化合價(jià)的氧化態(tài)形式存在。通過添加氨水調(diào)節(jié)前驅(qū)液的pH值，可以改善介孔碳的結(jié)構(gòu)有序性，磷鎢酸添加量最佳添加量由8％增至20%，在極化電位-0.4V（VS.SCE）

3、時(shí)的氧還原交換電流密度由2.44mA cm-2增至3.04mA cm-2。
　?。?）分別采用尿素和雙氰胺對(duì)金屬以及有序介孔碳骨架進(jìn)行氮化。結(jié)果顯示，尿素和雙氰胺經(jīng)熱處理后與磷鎢酸反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閃2N，N元素部分取代碳骨架中的碳原子并以吡啶氮、吡咯氮以及graphitic-N等形式存在。氮摻雜影響有序介孔碳的骨架強(qiáng)度，因此過量摻雜可能造成復(fù)合材料的介孔有序度降低。氮元素?fù)诫s量為7%時(shí)，適量添加尿素(OMC-LWS-8-NN-7)和適量

4、添加雙氰胺（OMC-LWS-8-NS-7）的試樣具有較好的電催化性能，在極化電位-0.4V（VS.SCE）時(shí)其氧還原電流密度分別為3.07以及3.28mA cm-2。
　?。?）以硝酸鈷為鈷源，通過溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝法制備Co3W3N/有序介孔碳氮復(fù)合材料。催化金屬的物相組成與鎢源、鈷源的相對(duì)含量有關(guān)，鎢源與鈷源的比例為8:8時(shí)制備的試樣OMC-W8Co8-NS中催化金屬Co3W3N結(jié)晶度高，在碳骨架中均勻分散。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明