氮摻雜碳納米片的制備及其在酸堿介質(zhì)中氧還原催化性能.pdf

1、目前商業(yè)用燃料電池陰極氧還原（ ORR）催化劑為貴金屬Pt/C或鉑合金，但其存在高成本和低穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，因此尋求廉價(jià)、高效、穩(wěn)定的非貴金屬催化劑已成為燃料電池研究的主要目標(biāo)之一。高溫?zé)崽幚淼玫降牡獡诫s碳材料或氮摻雜碳材料負(fù)載過渡金屬納米顆粒類非貴金屬催化劑因具有良好的氧還原催化活性而受到廣泛重視。本文采用簡單熱解法制備了一系列氮摻雜碳納米片氧還原催化劑，并對其進(jìn)行了形貌結(jié)構(gòu)表征和電催化性能評價(jià)，主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1、以

2、資源豐富廉價(jià)的玉米淀粉和尿素為原料采用改進(jìn)的簡單高溫?zé)峤夥ㄖ苽淞说獡诫s碳納米片系列燃料電池的陰極氧還原催化劑NC N。研究了樣品制備工藝中熱解溫度對OR R催化活性的影響，NC N在酸性和堿性介質(zhì)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性（在0.1 M KOH中其ORR半波電位為-0.15V和商業(yè)Pt/C相同），并且其耐甲醇性和穩(wěn)定性優(yōu)于Pt/C催化劑。
　　2、以廉價(jià)原料高溫?zé)峤馍蓪訝罱Y(jié)構(gòu)g-C3 N4聚合物為軟模板制備氮摻雜碳納米片，該方法

3、排除了金屬雜質(zhì)對 ORR催化活性的影響，經(jīng)對比確定了氮摻雜碳材料ORR催化活性源于氮原子摻雜效應(yīng)的催化機(jī)理及樣品中石墨型氮對 ORR催化活性的貢獻(xiàn)。
　　3、采用簡單熱解法制備了包裹鈷納米顆粒的氮摻雜碳納米片復(fù)合材料，考察了樣品制備工藝中鈷含量對催化劑活性的影響。NCN-Co-0.1（鈷碳質(zhì)量比為0.1）催化活性最好，其在0.1M KOH中ORR催化活性優(yōu)于Pt/C（NCN-Co-0.1的半波電位比Pt/C正35 mv），其在0.

4、5 M H2SO4中ORR催化活性和Pt/C相當(dāng)，并且其耐甲醇性優(yōu)于Pt/C。ORR活性隨著Co-Nx結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生明顯增強(qiáng)，確定了Co-Nx結(jié)構(gòu)是NCN-Co-0.1的主要活性點(diǎn)位之一。
　　4、提出包裹 Fe、Co二元金屬納米顆粒的氮摻雜碳納米片復(fù)合材料以提高氧還原活性位數(shù)量，對比了單一金屬Fe或Co納米顆粒負(fù)載的氮摻雜碳材料的ORR催化活性，結(jié)果表明，在酸性和堿性介質(zhì)中，NCN-FeCo的 ORR催化活性優(yōu)于 NCN-Fe及NC

5、N-Co，和Pt/C催化活性相當(dāng)（在0.1 M KOH中半波電位比Pt/C正70mV；在0.5 M H2SO4中半波電位比Pt/C負(fù)40mV），并且NCN-FeCo的耐甲醇性和堿液中的穩(wěn)定性優(yōu)于Pt/C。確定了Fe、C o二元金屬納米顆粒和碳納米片中的氮之間的協(xié)同電子效應(yīng)對OR R催化活性的貢獻(xiàn)。
　　5、和堿性燃料電池相比，酸性介質(zhì)中的質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用更為廣泛，但目前大多數(shù)非貴金屬ORR催化劑在酸性介質(zhì)中的催化活性較低、耐