本文選題：電催化劑 + 氮摻雜炭��； 參考：《催化學(xué)報(bào)》2015年08期

【摘要】：氧還原反應(yīng)是燃料電池及金屬空氣電池中極其重要的電化學(xué)反應(yīng)之一,貴金屬鉑基催化劑被認(rèn)為是最有效的氧還原反應(yīng)電催化劑.然而,貴金屬鉑的資源稀缺以及高成本問(wèn)題阻礙了相關(guān)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,探索發(fā)展廉價(jià)高效的貴金屬替代型催化劑是推動(dòng)燃料電池發(fā)展的根本解決方案.近年來(lái),人們?cè)诜琴F金屬催化劑開(kāi)發(fā)方面取得了顯著進(jìn)展,其中新型納米結(jié)構(gòu)摻雜炭材料研究尤為活躍.氮雜有序介孔炭材料由于其高比表面積和獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu),在燃料電池技術(shù)上具有廣泛的應(yīng)用前景.在氮雜有序介孔炭材料的制備過(guò)程中,熱解條件對(duì)炭材料組成、結(jié)構(gòu)及電催化性能有著重要影響.然而,目前尚未見(jiàn)對(duì)氮雜炭材料制備過(guò)程中熱解條件的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究.本文采用我們發(fā)展的蒸汽化-毛細(xì)管冷凝法,以SBA-15為硬模板浸漬前驅(qū)體吡咯,制備出具有高比表面積和獨(dú)特孔結(jié)構(gòu)的氮雜有序介孔炭材料,系統(tǒng)研究了熱解條件(包括熱解溫度、熱解時(shí)間和升溫速率)對(duì)炭材料組成、結(jié)構(gòu)及電催化性能的影響,采用N2吸附-脫附等溫線、X射線光電子能譜(XPS)及Raman光譜等方法考察了氮雜有序介孔炭材料的結(jié)構(gòu)和組成,采用循環(huán)伏安法與旋轉(zhuǎn)環(huán)盤(pán)電極研究了其電化學(xué)行為與氧還原反應(yīng)電催化活性及選擇性.N2吸附-脫附等溫線顯示,氮雜炭材料對(duì)應(yīng)IV型吸附-脫附等溫線,孔徑主要分布在2 10nm,表明所制材料具有介孔結(jié)構(gòu).隨著熱處理溫度升高,氮雜有序介孔炭材料比表面積先增加而后降低,熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)有利于比表面積增大,但升溫速率對(duì)所制炭材料比表面積沒(méi)有明顯影響,當(dāng)升溫速率為30℃/min,900℃焙燒3h時(shí),氮雜有序介孔炭材料的比表面積達(dá)到最大值888m2/g.XPS測(cè)試結(jié)果表明,隨著熱處理溫度升高,氮雜有序介孔炭材料中含氮基團(tuán)的分解進(jìn)一步加深,使N含量逐漸降低.延長(zhǎng)熱處理時(shí)間亦然,而升溫速率的改變對(duì)N含量無(wú)明顯影響.在熱處理溫度較低時(shí)(600℃),所得材料中N主要以吡咯氮和吡啶氮的形式存在;當(dāng)溫度達(dá)到800℃以上,吡咯氮轉(zhuǎn)化為吡啶氮和骨架氮,且主要以骨架氮形式存在,說(shuō)明氮雜有序介孔炭材料的石墨化程度逐漸升高.Raman光譜結(jié)果顯示,隨著熱處理溫度升高,I D/I G逐漸降低,進(jìn)一步印證了溫度對(duì)石墨化程度的影響.電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,隨著熱處理溫度升高,氮雜有序介孔炭材料的氧還原反應(yīng)電催化活性逐漸升高,但是當(dāng)熱處理溫度從900℃升至1000℃時(shí),氧還原反應(yīng)活性增加很小;升溫速率與熱處理時(shí)間對(duì)氧還原反應(yīng)電催化活性的影響均不明顯.與商品Pt/C催化劑相比,900℃以上所制催化劑均表現(xiàn)出更優(yōu)異的氧還原電催化活性與選擇性.由此可見(jiàn),熱處理溫度是決定碳源熱化學(xué)行為的關(guān)鍵因素,進(jìn)而決定炭材料表面組成與結(jié)構(gòu).電化學(xué)研究結(jié)果表明,800℃以上進(jìn)行熱處理碳化,所生成石墨化微晶可有效促進(jìn)電子傳遞,降低歐姆極化損失,同時(shí),較高的處理溫度可促進(jìn)骨架氮摻雜,從而構(gòu)建出高效氧還原反應(yīng)活性位點(diǎn).因此,氮雜型炭催化劑的組成、結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能更多地受控于熱處理過(guò)程中的熱力學(xué),而非熱解動(dòng)力學(xué)過(guò)程.
[Abstract]:姘ц繕鍘熷弽搴旀槸鐕冩枡鐢墊睜鍙?qiáng)閲戝睘绌烘皵鐢?shù)姹犱腑鏋佸叾閲嶈鐨勭數(shù)鍖栧鍙嶅簲涔嬩竴,璐甸噾灞為搨鍩哄偓鍖栧墏琚涓烘槸鏈，

本文編號(hào)：1831775