FE-N-C納米材料電催化性能及其在MFC中的應(yīng)用研究.pdf

1、摻雜態(tài)碳納米材料是一種新型并具有廣闊應(yīng)用前景的非貴金屬催化材料。近年來，鐵氮共摻雜納米碳材料作為微生物燃料電池非貴金屬氧還原催化劑成為研究熱點之一。
　　本論文通過化學(xué)沉淀法制備聚苯胺/普魯士藍納米復(fù)合材料PANI-PB，并對其進行高溫碳化得到一種新型鐵氮共摻雜碳材料Fe-N/C。首先考察碳化溫度和鐵氰化鉀溶液濃度對Fe-N/C納米復(fù)合材料催化氧還原反應(yīng)性能的影響。然后，利用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、氮氣吸脫附等溫曲

2、線、傅里葉紅外光譜(FTIR)、拉曼光譜(Raman)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜技術(shù)(XPS)等技術(shù)對其形貌、組成和結(jié)構(gòu)進行表征。實驗結(jié)果表明，制備Fe-N/C過程中最佳的K3[Fe(CN)6]溶液濃度為0.02 mol/L，最佳的碳化溫度為800～900℃。
　　利用循環(huán)伏安(CV)和旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)技術(shù)考察Fe-N/C修飾GC電極分別在氫氧化鉀溶液、磷酸鹽緩沖溶液和高氯酸溶液中對氧還原反應(yīng)的電催化性能。研究

3、發(fā)現(xiàn)Fe-N/C修飾電極對氧還原反應(yīng)的電催化活性優(yōu)于碳化聚苯胺（c-PANI）和碳化普魯士藍(c-PB)修飾電極，說明氮摻雜形成的C-N和Fe-N結(jié)構(gòu)在Fe-N/C催化過程中表現(xiàn)出協(xié)同作用。在氫氧化鉀堿性溶液和磷酸鹽緩沖溶液中Fe-N/C修飾電極上氧還原反應(yīng)為四電子反應(yīng)，在高氯酸溶液中Fe-N/C修飾電極上氧還原反應(yīng)主要發(fā)生兩電子反應(yīng)。
　　最后，通過浸漬法制備Fe-N/C/碳氈材料，并將其應(yīng)用于雙室MFC陰極，以空氣作為電子受體

4、考察MFC的運行情況和性能，并與以碳氈為陰極材料，以鐵氰化鉀溶液為陰極電子受體的MFC進行了電池性能的對比研究。結(jié)果表明，以Fe-N/C/碳氈為陰極，溶解氧為電子受體的MFC輸出功率較以鐵氰化鉀為陰極電子受體時還有一定差距，但Fe-N/C明顯降低了碳氈陰極的活化損失，提高了陰極氧還原反應(yīng)的效率，降低了電池內(nèi)阻。Fe-N/C/碳氈陰極相對單純碳氈陰極而言，MFC運行周期較短，同時COD的降解速率明顯加快;MFC功率密度可達1.5 W/m3