化石燃料是不可再生資源,過度的開采和使用造成了嚴重的環(huán)境問題,發(fā)展高效、清潔的可持續(xù)新能源成為二十一世紀的重大挑戰(zhàn)。新型燃料電池,如質子交換膜燃料電池等具有效率高、排放低、能量密度高等諸多優(yōu)點,是一種可持續(xù)的先進能源技術,收到人們的關注。由于陰極氧還原反應（ORR）的動力學性質十分緩慢,限制了燃料電池的商業(yè)化。目前,鉑及其合金被認為是最有效的氧還原催化劑。然而,鉑是貴金屬,儲量有限,價格高昂,嚴重影響了燃料電池的工業(yè)化應用。另外,鉑基催化劑在甲醇耐受性和耐久性方面的表現(xiàn)差強人意。因此,開發(fā)低價、高效、穩(wěn)定性好的氧還原催化劑成為當前研究熱點。氮摻雜的碳基過渡金屬（Fe、Co、Ni等）納米復合材料在催化氧還原反應中表現(xiàn)出極大地潛力,并有望取代Pt/C。近幾年來,通過熱解金屬前驅體、氮源和碳基質的混合物,推進了大量氮摻雜的碳基過渡金屬復合材料的合成,這類方法普遍具有成本低方法簡單的特點。這類方法為低價、高效的ORR催化劑的設計提供了可能性。設計和構建具有納米結構的高效氮摻雜的碳基過渡金屬納米復合結構催化劑是一個巨大的進步。在催化劑的設計過程中通過調控催化劑的結構特性（如多孔性、石墨化程度和雜... 

【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校

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H2/O2燃料電池原理圖

10圖 1.4 NiO/CoN 納米線的（a）SEM 和（b）TEM 照片；（c）NiO/CoN 納米線的的 LSV 曲線，O2飽和的 0.1 M KOH，1600 rpm[82]；（d）NiO/MnO2@PANI 的合成路徑；（e）NiO/MnO2@PANI 的 LSV 曲線和（f）穩(wěn)定性測試，O2飽和的 0.1 M KOH，1600 rpm[83]為了彌補作為 ORR 電催化劑的 Zhentao Cui 等人[84]利用靜電紡絲法（以Co(Ac)2，Ni(Ac)2和 PVP 為前驅體在 DMF 溶液中）成功合成了多孔 NiO/NiCo2O納米管結構。與單一過渡金屬氧化物相比，復合氧化物作為 ORR 電催化劑具有諸多額外的優(yōu)越性，如熱穩(wěn)定性好，導電率高，活性高，電阻低。該 NiO/NiCo2O納米復合材料表現(xiàn)出獨特的多孔管狀結構，均勻的界面，并且 NiO 和 NiCo2O4兩種組分在納米尺度上均勻分布。納米管的直徑大小約為 200nm，厚度約為 50nm。

x所示，該催化劑通過兩步熱解和酸蝕刻法制備，在堿性條件下與 Pt/C 催化劑比較表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，同時，在酸性條件下比目前報道的大多數非貴金屬催化劑相比，其催化性能十分優(yōu)異。Xin Xu 等 人[93]以柚子皮作為碳源， 通過簡單的原 位還原法制備(Fe)/Fe3O4/FeS/NGC 復合材料。柚皮由海綿狀多孔結構組成，可賦予碳較高的比表面積和更多活性位點。同時，該材料預期將以羥基離子作為主要中間產物，因而顯示出更高的 ORR 活性和穩(wěn)定性。此外，在大表面積的多孔結構與高石墨化程度、高導電性間的協(xié)同作用，將有助于提高材料的電催化活性。這項研究突出了 FeS 對 ORR 活性所起的重要作用，并且還討論了 ORR 可能的反應途徑。研究了碳化溫度（600-1000℃）對催化劑晶相和結構的影響。該(Fe)/Fe3O4/FeS/NGC復合材料作為陰極催化劑具有很好的 ORR 活性和穩(wěn)定性，可替代薄膜燃料電池中 Pt 基催化劑的應用。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]High-performance oxygen reduction catalysts in both alkaline and acidic fuel cells based on pre-treating carbon material and iron precursor[J]. Ping Song,Heather M.Barkholtz,Ying Wang,Weilin Xu,Dijia Liu,Lin Zhuang.  Science Bulletin. 2017(23)
[2]Two-dimensional iron-porphyrin sheet as a promising catalyst for oxygen reduction reaction: a computational study[J]. Gan Luo,Yu Wang,Yafei Li.  Science Bulletin. 2017(19)



本文編號：3431954