基于四氨基苯基卟啉聚合物的碳基電催化劑的制備及其氧還原活性研究.pdf

1、開發(fā)高性能、穩(wěn)定性良好的非貴金屬氧還原催化劑是實現(xiàn)燃料電池大規(guī)模商用的關(guān)鍵。金屬卟啉單體具有良好化學(xué)穩(wěn)定性及高度共軛結(jié)構(gòu)，良好的四電子還原選擇性，是理想的氧還原反應(yīng)（oxygen reduction reaction，ORR）電催化劑，而金屬卟啉聚合物具有更高的共軛結(jié)構(gòu)，可以表現(xiàn)出更好的ORR電催化活性，催化ORR按照4電子過程進行。通常使用有機合成的方法制備金屬卟啉聚合物，但是其過程繁瑣，可控性差，本文中使用操作過程簡單、聚合參數(shù)容易

2、調(diào)節(jié)的電化學(xué)聚合方法，實現(xiàn)簡便、可調(diào)控性的電化學(xué)聚合金屬卟啉，同時該方法制備的金屬卟啉聚合物直接生長于導(dǎo)電基底，可以直接用作電化學(xué)催化電極，簡化電極制備工藝。四（4-氨基苯基）卟啉（TAPP）及其金屬衍生物的官能團為苯氨基，電化學(xué)聚合過程容易發(fā)生類似于苯胺的電化學(xué)聚合反應(yīng)，因此我們選用四（4-氨基苯基）卟啉（TAPP）及其金屬衍生物作為研究對象，開展以下兩個方面的研究：
　　1.首先使用循環(huán)伏安法，實現(xiàn)對TAPP單體的電化學(xué)聚合。

3、通過調(diào)節(jié)配制電化學(xué)聚合反應(yīng)溶液中的溶劑成分、改變循環(huán)伏安的掃描速度及循環(huán)次數(shù)，得到形貌規(guī)整的陣列結(jié)構(gòu)TAPP聚合物。再以循環(huán)伏安法電化學(xué)聚合反應(yīng)條件為基礎(chǔ)，采用恒電位法，通過調(diào)節(jié)不同的電位和反應(yīng)時間進一步優(yōu)化TAPP聚合物的微觀形貌。借助紫外可見吸收光譜（UV-vis），紅外光譜（IR），對聚合物進行表征，探索其聚合機理，并對TAPP聚合物電催化ORR能力做了初步探索。最后，我們將電化學(xué)聚合的方法擴展到制備FeTAPP聚合物和 NiTA

4、PP聚合物中。通過紫外可見吸收光譜測試技術(shù)來證明 FeTAPP單體、NiTAPP單體也發(fā)生了聚合反應(yīng)，探究不同的循環(huán)伏安掃描電位區(qū)間以及循環(huán)次數(shù)對聚合物形貌及其ORR性能的影響。
　　2.進一步采用模板輔助的電化學(xué)聚合法，制備卟啉聚合物復(fù)合電極，利用循環(huán)伏安法將TAPP、FeTAPP、NiTAPP電化學(xué)聚合到ZnO納米棒表面，形成卟啉聚合物均勻包覆層，得到卟啉聚合物-ZnO復(fù)合納米棒陣列電極。通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）

5、、透射電子顯微鏡（TEM）、紫外可見吸收光譜（UV-vis）對其物理結(jié)構(gòu)進行表征，證實所制材料為核殼結(jié)構(gòu)，并且聚合物在 ZnO表面分布均勻。然后將ZnO@pMTAPP（M=H、Fe、Ni）復(fù)合材料在氬氣的條件下煅燒，煅燒溫度分別被設(shè)置為600℃、700℃、800℃，升溫速率為5℃/min，保溫2 h，冷卻至室溫。然后，利用循環(huán)伏安法（CV）和線性伏安法（LSV）對所制備材料電催化ORR性能進行測試，探究催化氧還原過程中電子轉(zhuǎn)移情況，對催