堿性聚合物電解質(zhì)膜燃料電池催化劑的研究.pdf

1、在堿性介質(zhì)中，氧氣的還原反應(yīng)(ORR)比在酸性介質(zhì)中更容易進(jìn)行，ORR速率也更快，所以堿性聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(APEFC)可以選用非貴金屬催化劑，一般采用鎳、鈷、錳等過(guò)渡金屬作為陰極催化劑，這些催化劑在堿性介質(zhì)中具有足夠高的電化學(xué)活性，而且價(jià)格低廉，能夠降低燃料電池的成本，有望實(shí)現(xiàn)燃料電池的實(shí)用化。本論文合成了三個(gè)體系的非貴金屬陰極催化劑:
　　(1)以草酸鹽為前驅(qū)物通過(guò)固相合成法制備了尖晶石氧化物MnCo2O4，并與Vulc

2、an XC-72復(fù)合經(jīng)高溫?zé)崽幚砗蠛铣蒑nCo2O4/C系列催化劑，分別考察了600℃、700℃、800℃和900℃這幾個(gè)熱處理溫度對(duì)MnCo2O4/C催化劑活性的影響。測(cè)試結(jié)果表明當(dāng)熱處理溫度為700℃時(shí)，MnCo2O4/C催化劑的催化性能最好，MnCo2O4/C-700催化劑的氧起始還原電位為0.84V，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.48，氧還原反應(yīng)過(guò)程是二電子和四電子混合控制過(guò)程。
　　(2)通過(guò)高溫固相法合成尖晶石氧化物MnCo2O4，

3、并與PANI原位復(fù)合，制備了一系列的MnCo2O4/N-C復(fù)合催化劑，考察了熱處理溫度和MnCo2O4含量對(duì)催化劑的催化活性的影響，電化學(xué)測(cè)試表明，當(dāng)MnCo2O4含量為15wt.％，熱處理溫度為900℃時(shí)，制備的15MnCo2O4/N-C-900催化劑具有最好的催化氧還原活性，起始還原電位為0.90V，穩(wěn)定性優(yōu)于商業(yè)鉑碳，其氧還原反應(yīng)過(guò)程涉及二電子和四電子過(guò)程。通過(guò)XRD、Raman測(cè)試和XPS測(cè)試，15MnCo2O4/N-C-900

4、催化劑經(jīng)900℃熱處理后，其中的MnCo2O4部分分解，分解為鈷和錳的氧化物，有利于提高催化劑的催化活性，該催化劑具有更高含量的石墨型氮和石墨化碳，這也是其催化活性較高的一個(gè)重要原因。
　　(3)用微波法合成了超細(xì)CoFe2O4粉體并與PANI原位復(fù)合，制備了一系列的CoFe2O4//N-C催化劑，合成的復(fù)合催化劑氧還原活性高于單純的CoFe2O4和PANI，考察了熱處理溫度和CoFe2O4含量對(duì)催化活性的影響，電化學(xué)測(cè)試表明，當(dāng)