燃料電池陰極氧還原催化劑的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、燃料電池由于裝置簡(jiǎn)單，體積小攜帶方便，能量密度高的原因得到了各國(guó)政府和公司的廣泛關(guān)注。目前，貴金屬Pt基電催化劑是應(yīng)用最廣泛的燃料電池催化劑，但貴金屬的儲(chǔ)量限制導(dǎo)致催化劑的成本極高，直接提高了燃料電池的價(jià)格，不利于燃料電池的商業(yè)化發(fā)展。除此之外，穩(wěn)定性不足仍然是制約貴金屬在燃料電池中使用的最大問(wèn)題。因此，發(fā)展成本廉價(jià)、性價(jià)比高、穩(wěn)定性高的非貴金屬電催化劑替代Pt基電催化劑是燃料電池得到廣泛應(yīng)用的必要前提?；诖?，本論文針對(duì)燃料電池陰極電

2、催化劑成本高，穩(wěn)定性差等方面開(kāi)展了深入的研究，設(shè)計(jì)制備了一系列低成本，高催化活性和穩(wěn)定性的非貴金屬電催化劑，并進(jìn)行了實(shí)際的電池測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)含有N，F(xiàn)e兩種元素的碳材料是目前氧還原非貴金屬催化劑研究的熱點(diǎn)。高的Fe含量直接導(dǎo)致了該種催化劑的催化性能不穩(wěn)定和Fe的浪費(fèi)。我們從低含量的Fe入手，通過(guò)調(diào)節(jié)Fe含量(0.02-20 wt％)，發(fā)掘出真正起催化作用的Fe原子。研究發(fā)現(xiàn)，除了文獻(xiàn)報(bào)道的Fe含量較高的催化劑

3、表現(xiàn)出高的氧還原性能外，在Fe極其微量時(shí)（0.05 wt％）也能到達(dá)到很好的催化性能。這是目前有文獻(xiàn)報(bào)道的Fe含量最低，同時(shí)性能很高的氧還原非貴金屬電催化劑之一。這種低含量的Fe同時(shí)具有高的催化性能充分說(shuō)明Fe的利用率很高。N和Fe之間的協(xié)同作用對(duì)這種催化劑高的氧還原活性有很大的貢獻(xiàn)。
　　(2)對(duì)于制備基于碳材料的電催化劑，碳材料的酸性氧化及隨后的熱處理是一種普遍的預(yù)處理過(guò)程。在本文中，我們利用Hummer方法對(duì)碳材料VXC-7