本文選題：核黃素　切入點：熱解　出處：《催化學報》2017年10期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：質子交換膜燃料電池具有零污染、能量密度高、操作溫度低和超靜低音等優(yōu)點,因而廣泛應用于新能源汽車動力電源.然而質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應(ORR)過程緩慢且復雜,因此需要大量的高性能ORR電催化劑.商品鉑基催化劑是目前最為廣泛使用的ORR催化劑,然而其高昂的價格阻礙了燃料電池汽車的商業(yè)化進程.因此,近年來人們致力于研發(fā)高性能的非貴金屬ORR催化劑,并成功獲得了具有高ORR活性及優(yōu)異穩(wěn)定性的催化劑.然而開發(fā)貴金屬替代催化劑還存在制備過程較為復雜、單體有毒等缺點.核黃素具有成本低廉、無毒、氮含量高等優(yōu)點,本文將其直接作為碳源和氮源,以無水氯化鐵為鐵前驅體,通過簡單的一步熱解法制備了高性能的Fe N C催化劑.表征結果表明,合成的催化劑表面由于氮的摻雜導致石墨烯存在較多的缺陷,其比表面積為301 m~2g~( 1)且孔徑分布主要位于45 nm處;催化劑由很薄、卷曲的石墨烯片層和一些顆粒組成,其中的碳材料高度石墨化且存在Fe_2O_3晶體.結合X射線光電子能譜和催化劑的ORR活性,推導出石墨化氮為ORR的主要活性位,鐵在ORR反應中也起著重要作用.在氧氣飽和的0.1 mol L~( 1) KOH溶液中,Fe N C催化劑的ORR活性達到4.16 mA cm~( 2),與商品Pt/C催化劑相當(4.46 mA cm~( 2)).采用計時電流法在0.66 V(相對于RHE電位)下運行3 h后,Fe N C催化劑電流僅下降了3%,而Pt/C催化劑下降了40%,表明Fe N C催化劑與Pt/C催化劑具有相近的ORR活性,但穩(wěn)定性比Pt/C催化劑更出色.測試結果表明,Fe N C催化劑的抗甲醇毒化性能遠優(yōu)于Pt/C催化劑.在酸性介質中,Fe N C催化劑的ORR活性比Pt/C催化劑低,但穩(wěn)定性更高.總之,該Fe N C催化劑在堿性介質中有較高的活性和穩(wěn)定性,在酸性介質中有較高的穩(wěn)定性.因此,我們采用廉價、無毒的核黃素作為碳氮源,通過簡單的一步熱解法制備出的Fe N C催化劑能較好地滿足燃料電池ORR催化劑高性能和低成本的要求,具有很好的應用前景.
[Abstract]:Proton exchange membrane fuel cells have the advantages of zero pollution, high energy density, low operating temperature and super static bass. However, the process of cathode oxygen reduction reaction of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is slow and complex. Therefore, a large number of high performance ORR electrocatalysts are needed. Commercial platin-based catalysts are the most widely used ORR catalysts at present, but their high price hinders the commercialization of fuel cell vehicles. In recent years, people have been devoted to the development of high performance non-precious metal ORR catalysts, and successfully obtained catalysts with high ORR activity and excellent stability. Riboflavin has the advantages of low cost, nontoxic and high nitrogen content. In this paper, riboflavin is directly used as carbon and nitrogen source, and anhydrous ferric chloride is used as iron precursor. A simple one-step pyrolysis method was used to prepare high performance Fe _ N _ N _ (C) catalysts. The characterization results show that there are many defects in graphene on the surface of the synthesized catalysts due to the doping of nitrogen. The specific surface area of the catalyst is 301 mm2 / 2g-1 and the pore size distribution is located mainly at 45 nm. The catalyst consists of very thin crimped graphene lamellae and some particles. The carbon materials are highly graphitized and have Fe_2O_3 crystals. Combined with X-ray photoelectron spectroscopy and the ORR activity of the catalyst, the graphitized nitrogen is the main active site of ORR. Iron also plays an important role in the ORR reaction. In oxygen saturated 0.1 mol L ~ (1) KOH solution, the ORR activity of Fe ~ (2 +) N ~ (2 +) C catalyst reaches 4.16 Ma / cm ~ (-1), which is comparable to that of commercial Pt/C catalyst. The chronoamperometric method is used at 0.66 V (relative to that of commercial Pt/C catalyst). After running at RHE potential for 3 h, the current of the catalyst only decreased by 3%, while that of the catalyst of Pt/C decreased by 40%, which indicated that the catalyst had similar ORR activity to that of the Pt/C catalyst. However, the stability of the catalyst is better than that of the Pt/C catalyst. The test results show that the methanol-resistant activity of the catalyst is much better than that of the Pt/C catalyst. The ORR activity of the catalyst is lower than that of the Pt/C catalyst in acid medium, but the stability is higher. The catalyst has higher activity and stability in alkaline medium and higher stability in acidic medium. Therefore, the cheap, nontoxic riboflavin is used as carbon and nitrogen source. The Fe _ N _ N _ (C) catalyst prepared by a simple one-step pyrolysis method can meet the requirements of high performance and low cost for fuel cell ORR catalyst and has a good prospect of application.
【作者單位】： 西南石油大學材料科學與工程學院油氣藏地質與開發(fā)國家重點實驗室;
【基金】：supported by Open Project from State Key Laboratory of Catalysis(N-14-1) Scientific Research Foundation for Returned Scholars,Ministry of Education of China International Technology Collaboration of Chengdu Science and Technology Division~~
【分類號】：O643.36;TM911.4

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