芳香含氮過渡金屬配合物類催化劑的制備及其催化性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池（DMFC）因具有高效、高能量密度、低排放、燃料儲(chǔ)運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。燃料電池常用的電催化劑以鉑系金屬為主，但它資源有限，易被CO毒化，限制了燃料電池的商業(yè)化。因此，尋找非貴金屬化合物來代替鉑，含氮過渡金屬化合物作為燃料電池陰極氧化還原催化劑越來越受到人們的重視。
　　本課題制備了三大類含氮過渡金屬化合物，其三類配體為：第一類是鄰菲咯啉類化合物，本文合成了二吡啶并吩嗪（DPPZ），通過改變各實(shí)驗(yàn)條件，提高了

2、產(chǎn)率；第二類是多吡啶類化合物，合成了一種新型的多吡啶類化合物，4’-對(duì)甲氧苯基-2，2’：6’，2”-三聯(lián)吡啶（MPTP）；第三類是碳氮化合物，通過兩種方法制備了碳氮化合物C3N4。利用紅外光譜，紫外-可見光譜等方法對(duì)所得化合物進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)所得即為目標(biāo)化合物。用鄰菲咯啉以及上述所得的三類化合物作配體，制得芳香含氮過渡金屬（鈷或鐵）配合物，以上述配合物作為催化劑的前驅(qū)體，用活性碳固載，在惰性氣體保護(hù)下活化，制備了芳香含氮過渡

3、金屬配合物類催化劑。
　　對(duì)以上制備的催化劑，改變活化溫度以及含氮化合物加金屬鹽之和：活性碳的配比（或鈷、鐵的載量），在0.5mol/L H2SO4溶液中，用旋轉(zhuǎn)圓盤電極法（RDE）研究了催化劑的最佳制備工藝條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制備催化劑的最佳活化溫度為1050℃、芳香含氮化合物加金屬鹽與活性碳的最佳配比為1：1（文中均簡(jiǎn)稱為配比），催化劑的氧還原電位為0.74，催化氧還原轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.5。所制得的催化劑對(duì)氧還原反應(yīng)的催化活性比較好

4、，電極反應(yīng)趨向于4e過程。利用X射線粉末衍射法（XRD)對(duì)催化劑進(jìn)行了表征，檢測(cè)催化劑中晶體及原子簇的存在；利用掃描電鏡能譜圖（SEM-EDS）檢測(cè)了催化劑表面微觀區(qū)域元素組成，檢測(cè)到催化劑中過渡金屬鈷或鐵的存在，并且各元素的含量與理論計(jì)算值相符。
　　為了證明催化劑的穩(wěn)定性，在強(qiáng)化燃料電池陰極環(huán)境下，即在O2飽和的0.5M H2SO4溶液中采用電化學(xué)方法進(jìn)行掃描，分別得到第1次掃描、第100次和第150次掃描的線性伏安曲線，第1