金屬硒化物催化劑的組成結(jié)構(gòu)及氧還原反應(yīng)活性.pdf

1、鉑基催化劑的使用是制約質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化的一個(gè)主要因素，而陰極催化劑中氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，則嚴(yán)重限制了電池性能。金屬硒化物具有低成本、高氧還原反應(yīng)活性和耐有機(jī)小分子毒化能力等特點(diǎn)，有可能作為鉑基催化劑的替代催化劑，應(yīng)用于燃料電池。本論文通過(guò)簡(jiǎn)單的微波合成方法，以及替換還原和熱處理，制備并探索了三種不同金屬硒化物催化劑，即碳載鈷硒化合物催化劑(CoSe2/C)、碳載釕鈷硒三元催化劑(Ru@CoSe2/C)和氮摻雜碳納米管負(fù)載釕硒催

2、化劑(Ru85Se15/NCNTs)的結(jié)構(gòu)、組成以及氧還原反應(yīng)電催化活性。
　　以乙酸鈷和二氧化硒(SeO2)為先驅(qū)體，硒/鈷比值(Se/Co)為2.0到4.0合成了系列CoSe2/C催化劑。結(jié)果表明，當(dāng)Se/Co≥2.0時(shí)，形成了以正交結(jié)構(gòu)二硒化鈷(CoSe2)為主，同時(shí)還存在少量立方結(jié)構(gòu)CoSe2的CoSe1.8/C～CoSe2.7/C，晶粒尺寸15.9～12.4 nm，氧還原電位0.6～0.7 V，電子轉(zhuǎn)移數(shù)3.1～4.0。

3、當(dāng)Se/Co≥2.5時(shí)得到富硒的CoSe＞2.0/C，過(guò)量的硒主要以SeO2存在于CoSe2/C表面，并顯著調(diào)控催化劑粒徑。適度過(guò)量的SeO2有利于防止CoSe2納米晶粒的生長(zhǎng)和團(tuán)聚，且通過(guò)表面氧化保護(hù)CoSe2納米晶粒，同時(shí)提高了酸性介質(zhì)的氧還原反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。但SeO2過(guò)量太多時(shí)，導(dǎo)致CoSe2納米晶粒團(tuán)聚嚴(yán)重，氧還原反應(yīng)活性降低。當(dāng)Se/Co=3.0時(shí)制備CoSe2/C的氧還原電位達(dá)0.705 V，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為4.0，氧還原反應(yīng)

4、活性最好。
　　將微波法制備的CoSe2/C與釕離子(Ru3+)進(jìn)行替換還原成金屬釕(Ru)，得到了Ru納米粒子分散在以CoSe2納米晶粒為核的團(tuán)簇狀Ru@CoSe2/C。由于Ru的表面利用率增加，以及Ru和CoSe2之間的相互作用，其半波電位達(dá)0.705 V，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為4.0，比CoSe2/C的氧還原反應(yīng)活性高。熱處理溫度超過(guò)300℃時(shí)，Ru原子擴(kuò)散到CoSe2的晶格中，形成立方結(jié)構(gòu)的(Ru，Co) Se2/C。400℃熱處理