聚吡咯修飾碳載催化劑的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)由于其較高的能量轉(zhuǎn)換效率和對環(huán)境友好等優(yōu)點而廣受關(guān)注。使用昂貴的Pt作為陰極催化劑限制了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。開發(fā)非Pt催化劑成為近年來PEMFC技術(shù)研究的熱點之一。本文研究了聚吡咯修飾碳載非貴金屬復(fù)合材料作為氧電化學(xué)還原反應(yīng)的催化劑，探討了其催化機理，組裝成燃料電池對其進行了實證。
　　 本文以吡咯、碳材料和Fe（或Co）硝酸鹽類為原料，采用化學(xué)法合成了聚吡咯修飾的碳載過渡金屬復(fù)合材料M-PPy/C;采

2、用X射線粉末衍射儀、X射線光電子譜、電子顯微鏡等材料分析方法以及循環(huán)伏安法等電化學(xué)測試技術(shù)，對M-PPy/C的表面成分、微結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能進行了較為系統(tǒng)的研究;明確了影響M-PPy/C催化活性的關(guān)鍵因素，并討論了其催化中心的構(gòu)成，為進一步深入理解氮摻雜的碳載過渡金屬基催化劑催化機理，開發(fā)更高活性和穩(wěn)定性的非鉑催化劑提供了一定的理論和實驗依據(jù)。
　　 研究表明，化學(xué)法合成的聚吡咯保留了吡咯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)XPS測試結(jié)果，當(dāng)用其修飾

3、碳材料作為載體時，不改變碳載體中C元素的化學(xué)狀態(tài)及其電化學(xué)性能。對于PPy修飾碳載Fe基催化劑，碳載體對催化活性有很大影響。BP2000是比較理想的碳材料，以其為載體合成的Fe基催化劑作為陰極材料的直接硼氫化鈉燃料電池(DBFC)，在60℃時達到375mW cm-2的最大輸出功率。
　　 PPy修飾碳載過渡金屬基催化劑中過渡金屬對催化活性影響更大。對比Fe基催化劑，Co基催化劑對氧電化學(xué)反應(yīng)顯示更好的催化活性。通過研究催化劑構(gòu)成

4、組分對催化劑活性的影響，明確了碳材料是構(gòu)成催化劑活性中心的必要組分。PPy中的氮、Co與碳載體之間的相互作用是PPy修飾碳載催化劑的活性位。Co與N之間的結(jié)合作用，影響了N原子的電子排布，進而改變與N原子結(jié)合的C元素化學(xué)狀態(tài)，最終改變了其對O2的吸附和催化性能。
　　 在以上研究成果基礎(chǔ)上，對PPy修飾碳載鈷催化劑進行了實證。壽命測試結(jié)果表明，PPy修飾碳載Co基催化劑具有與Pt/C相當(dāng)?shù)拇呋钚耘c穩(wěn)定性。經(jīng)過電極極化分析，DB