發(fā)布時(shí)間：2021-08-07 20:56

　　受限于商用鉑基催化劑穩(wěn)定性差和生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn),燃料電池以及相關(guān)綠色能源的推廣進(jìn)展緩慢。因此,研發(fā)高效、廉價(jià)的替代型氧還原電催化劑,是電催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本研究以催化活性較好的鐵鈷氮碳基材料為基礎(chǔ),通過(guò)外加雜原子的方法,制備了一系列雜原子修飾多孔鐵鈷氮碳基氧還原催化劑。通過(guò)對(duì)所制備材料的組成和形貌進(jìn)行表征,并結(jié)合其在堿性電解質(zhì)中電催化氧還原的活性、穩(wěn)定性和抗甲醇能力,探究了雜原子修飾與材料催化性能之間的潛在規(guī)律。所制備的FeCo/NFC催化劑,在堿性條件下半波電位為0.84 V,在0.5 V處電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.85,HO^-₂中間產(chǎn)物產(chǎn)率為7.61%,表明此催化劑具有與商業(yè)鉑碳相近的催化效果和近四電子的催化選擇性。此外,FeCo/NFC催化劑還具有優(yōu)良的催化穩(wěn)定性和抗甲醇能力,作為商業(yè)鉑碳的替代品,在燃料電池領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。 

【文章來(lái)源】：分析化學(xué). 2020,48(11)北大核心EISCICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

雜原子修飾多孔鐵鈷氮碳基氧還原催化劑的制備示意圖

采用透射電鏡(TEM)對(duì)所制備材料的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行表征。如圖2A所示,FeCo/NC具有多孔碳形貌,這是由于材料內(nèi)部的金屬粒子被酸刻蝕所致。高分辨TEM圖像(圖2A插圖)表明,多孔碳層具有明顯的晶格,其晶格間距為0.34 nm,對(duì)應(yīng)于石墨碳的(002)晶面[13]。同時(shí),FeCo/BNC、FeCo/NPC和FeCo/NFC的TEM圖像(圖2B～2D)呈現(xiàn)出與FeCo/NC相似的形貌結(jié)構(gòu),說(shuō)明雜原子摻雜對(duì)材料的結(jié)構(gòu)形貌沒(méi)有明顯影響。FeCo/BNC、FeCo/NPC和FeCo/NFC的元素分布圖像(圖3)表明,Fe、Co、N、C以及修飾的雜原子(B、P和F)均勻分散在所制備的材料中; 同時(shí),Fe和Co的分布圖像中并未出現(xiàn)明顯增強(qiáng)的信號(hào),說(shuō)明采用雜原子進(jìn)行修飾的過(guò)程不會(huì)因誘發(fā)金屬粒子的留存導(dǎo)致材料多孔性降低。圖3 FeCo/BNC(A)、FeCo/NPC(B)和FeCo/NFC(C)中元素分布的圖像

圖2 FeCo/NC(A)、FeCo/BNC(B)、FeCo/NPC(C)和FeCo/NFC(D)的TEM圖像,插圖分別為對(duì)應(yīng)的高分辨TEM圖像采用氮?dú)馕?脫附測(cè)試表征雜原子修飾對(duì)材料比表面積和孔徑分布的影響。所制備材料均呈現(xiàn)出IV型等溫曲線(圖4A),明顯的滯后環(huán)說(shuō)明材料中存在大量介孔。FeCo/NC、FeCo/BNC、FeCo/NPC以及FeCo/NFC的比表面積分別為577.7、456.1、850.3和691.4 m2/g。相較于FeCo/NC,FeCo/BNC比表面積的降低主要是由于對(duì)羥基苯硼酸在碳化過(guò)程中生成部分殘余碳,導(dǎo)致材料多孔性下降(圖4B)[14]。與此相反,植酸可與Fe、Co進(jìn)行配位,生成比表面積較高的碳化產(chǎn)物,FeCo/NPC的比表面積增加[15]; NH4F不僅能夠進(jìn)行氟摻雜,熱解過(guò)程中產(chǎn)生的氨氣也能刻蝕碳基骨架,改善FeCo/NFC的多孔性[16, 17]。材料的比表面積與其電催化能力在一定程度上呈正相關(guān)趨勢(shì),這是由于較高的比表面積能促進(jìn)催化活性中心的暴露,并加速催化過(guò)程中的物質(zhì)傳遞,從而增加活性中心與催化對(duì)象的接觸概率; 同時(shí),比表面積的增加也有利于提升材料的導(dǎo)電性[18]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]銀耳狀Fe-N-C復(fù)合催化劑的制備及催化氧還原性能研究[J]. 黃燕平,苑紅艷,張健,楊亞輝,劉洪濤.  分析化學(xué). 2017(09)



本文編號(hào)：3328527