非貴金屬基氧還原反應(yīng)催化劑的制備及性能研究.pdf

1、作為最高效利用氫能等清潔能源的燃料電池，由于能量轉(zhuǎn)換效率高、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的研究。由于燃料電池主要涉及到的氫氧化反應(yīng)(HOR)和氧還原反應(yīng)(ORR)動力學(xué)過程較慢，常常采用鉑作為催化劑，由于氧還原反應(yīng)過程比氫氧化過程更慢，需要更多的鉑催化劑。鉑的儲量少、價(jià)格高，不能滿足燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的需要。
　　過渡金屬氧化物以及過渡金屬碳化物由于具有良好的氧還原反應(yīng)活性而受到廣泛的研究，其中金屬錳和鐵等元素由于價(jià)態(tài)多、原料廉價(jià)

2、易得等因素，極有可能成為鉑基催化劑的替代物。但是，由于其材料本身的導(dǎo)電性差、活性位點(diǎn)少，導(dǎo)致了其本身的催化氧還原反應(yīng)性能比鉑差，因此這類材料的重點(diǎn)在于提高其催化劑活性。
　　本論文的內(nèi)容在于通過調(diào)節(jié)金屬氧化物的尺寸及形貌、摻雜稀土元素改性和增加金屬碳化合物活性位點(diǎn)等方法，控制合成尖晶石型MnCo2O4、鑭摻雜鈣鈦礦型CaMnO3和納米纖維Fe3C/C材料，并研究它們的電催化氧還原性能。
　　論文首先采用溶劑熱法合成錳鈷碳酸鹽

3、前驅(qū)體，煅燒之后得到多孔尖晶石型MnCo2O4。通過在合成過程中添加不同含量的醋酸銨，可以得到尺寸減小及形貌改變的多孔尖晶石MnCo2O4。其中最優(yōu)的MCO-10催化劑表現(xiàn)出最正的初始還原電位-0.15 V，最大的極限電流密度5.0 mA cm-2(-0.7 V)，其極限電流密度與Pt/C催化劑5.2 mAcm-2相當(dāng)。
　　論文接著采用海藻酸鈣纖維為前驅(qū)物，通過離子交換法，得到了鈣鈦礦型CaMnO3和一系列的鑭摻雜鈣鈦礦型CaM

4、nO3。鑭元素的摻雜，使CaMnO3晶粒變小以及比表面積增加。其中最優(yōu)的10％ LCMO表現(xiàn)出最正的半波電位-0.28 V，最大的極限電流密度5.37 mA cm-2(-0.7 V)。
　　論文最后采用普魯士藍(lán)和PAN作為前驅(qū)物，采用靜電紡絲法，煅燒之后得到了納米纖維狀的Fe3C/C化合物。由于纖維結(jié)構(gòu)可以提供更大的比表面積和孔隙率，非常有利于增加活性位點(diǎn)和加速質(zhì)量傳輸過程。其中最優(yōu)的Fe3C/C-900材料表現(xiàn)出最正的半波電位-