空心碳微球的制備及其氧還原電催化性能研究.pdf

1、為了緩解能源危機和環(huán)境污染等問題，清潔可再生能源亟需被開發(fā)，像金屬-空氣電池、燃料電池等。而這些能源均是以氧還原反應（ORR)為基礎，由于ORR反應動力學緩慢，所以上述這些能源的應用都受到了限制，因此，研制高效的ORR催化劑來緩解這一難題是本課題的核心。目前，碳材料憑借著穩(wěn)定的物理化學性能、優(yōu)異的導電性、高的比表面積、豐富的來源、低廉的價格等一系優(yōu)勢而成為研究的熱點。其中，空心碳材料作為一種特殊的多孔碳材料，憑借著獨特的形態(tài)和結構，在電

2、催化領域有著很大的應用前景。
　　本文先利用了水熱-氨氣熱處理的兩步法，以炭黑和氨水為原材料制備空心碳，通過調節(jié)熱處理的保溫溫度和時間來調節(jié)壁厚。在水熱法處理后，實心的空心碳球出現(xiàn)了初步的空心結構，但其球殼較厚，在氨氣高溫熱處理后，壁厚大大減小，空心結構得到優(yōu)化。當熱處理溫度為900℃，熱處理時間為2h時，壁厚達到最低值，且具有最佳的氧還原電催化活性，半波電位為0.85V vs RHE。
　　為了進一步提高空心碳的活性，首先

3、嘗試了利用預氧化-碳化-氨氣熱處理的方法在初步制得的空心碳表面包覆一層富氮有機物形成C/C核殼結構來進行原位摻氮。因為電催化性能會隨著吡啶氮和石墨氮的含量增多而提升，于是通過對有機物的種類、加入量、碳化時間和溫度的改變來對吡啶氮和石墨氮的含量進行調控。當有機物為殼聚糖，其與碳的質量比為10∶1，碳化溫度為650℃，碳化時間為2h時，性能最佳，半波電位為0.88Vvs RHE。
　　接下來，也嘗試了通過在水熱過程中加入鐵原子形成含鐵