基于MOF化合物可控制備氧氣還原電催化材料及其性能研究.pdf

1、燃料電池因工作環(huán)境友好、理論壽命長、效率高等優(yōu)點，作為一種氫能有效應用方式而被廣泛關注。然而，燃料電池的陰極氧氣還原反應效率低且反應慢，須使用高活性和高選擇性催化劑以加快反應進程。Pt基催化劑是目前性能最好的陰極催化劑，但因Pt金屬地殼儲量稀少而且價格昂貴，燃料電池推廣受到了極大的阻礙。開發(fā)高性能、低成本氧氣還原陰極電催化材料是推動燃料電池及其技術發(fā)展亟待解決的關鍵問題。金屬有機骨架材料(Metal-organic frameworks

2、，MOF)是一種由過渡金屬原子團簇與含多齒羧酸有機配體（以含羧基有機陰離子配體為主）之間共價鍵或者離子-共價鍵配位作用自組裝而形成的多孔材料。MOF不僅具有傳統(tǒng)沸石類材料的優(yōu)良孔結構和高比表面積，而且擁有多樣性結構以及多種不飽和金屬活性位點等特點，是一類潛在應用廣泛的結構模板材料。本文以不同氮源制備的含鈷MOF為模板，經(jīng)過熱處理刻蝕處理合成制備了Co/N-CNT及Co-N-C兩種高分散非貴金屬陰極氧氣還原電催化材料。探究不同氮源、熱處理

3、溫度及表面活性劑添加量等對于電催化材料結構、形貌和性能的影響。采用多種分析測試手段對樣品晶體結構、形貌、孔結構等進行詳細表征，并測試其在堿性電解質中氧氣還原電催化性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以三聚氰胺為氮源，通過溶劑熱法制備含鈷MOF前驅體(Co-MOF)，對其在不同溫度下進行熱處理刻蝕處理得到氮摻雜碳納米管負載鈷基電催化材料(Co/N-CNT)。在800℃熱處理條件下制備得到了Co/N-CNT-800碳納米管電催化劑，其尺

4、寸均勻、比表面積大，平均長度約為500 nm，直徑約為40 nm，比表面積高達138.87 m2·g-1，含氮量為3.43％。該樣品的氧氣還原電催化性能最好，起始電位為0.89 V vs.RHE;1600 rpm轉速下半波電位為0.81 V vs.RHE，極限電流密度為-3.84mA·cm-2;經(jīng)24000 s測試后，穩(wěn)定性比20％ Pt/C高25.66％。⑵以六次甲基四胺為氮源，通過溶劑熱法制備了含鈷MOF前驅體(Co-MOF)，并以

5、十二烷基磺酸鈉(SDS)為氮流失抑制劑，通過800℃熱處理刻蝕處理得到氮摻雜鈷基多孔碳材料(Co-N-C)?？疾毂砻婊钚詣┨砑恿繉o-N-C形貌與電催化性能的影響。研究結果表明，隨著添加量的不同，所得產(chǎn)物的比表面積有明顯差異，而且產(chǎn)物中氮含量也有較大區(qū)別，說明表面活性劑對氮的流失有抑制作用。表面活性劑添加量為2倍制備得到的Co-N-C-3樣品形貌最規(guī)整，比表面積高達128.14m2·g-1且其含氮量為4.92％。同時，該樣品具有最佳氧