Fe/N/C氧還原催化劑的熱穩(wěn)定性及活性位結(jié)構(gòu)
發(fā)布時(shí)間：2021-10-17 00:41
研制高活性的Fe/N/C氧還原催化劑對于降低燃料電池成本、實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用有重要意義.為實(shí)現(xiàn)Fe/N/C催化劑的理性設(shè)計(jì),需要深入研究其活性位結(jié)構(gòu).本文發(fā)展一種研究活性位結(jié)構(gòu)的新策略,以預(yù)先合成好的聚間苯二胺基Fe/N/C催化劑（Pm PDA-Fe Nx/C）為起始物,對其在10001500 o C高溫下再次進(jìn)行熱處理并使其失活,通過關(guān)聯(lián)催化劑熱處理前后的結(jié)構(gòu)變化與氧還原催化性能來揭示活性位結(jié)構(gòu).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著熱處理溫度升高,活性中心結(jié)構(gòu)被破壞,鐵原子析出團(tuán)聚并形成納米顆粒,氮元素?fù)]發(fā)損失,導(dǎo)致催化劑失活.XPS分析顯示,低結(jié)合能含氮物種的含量與催化劑的ORR活性呈良好的正相關(guān)性,表明活性中心很可能是由吡啶N和Fe-N物種構(gòu)成的.
【文章來源】：電化學(xué). 2017,23(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
熱穩(wěn)定性測試前后PmPDA-FeNx/C催化劑的氧還原極oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=
陳馳等第4期：Fe/N/C氧還原催化劑的熱穩(wěn)定性及活性位結(jié)構(gòu)圖2高溫?zé)崽幚砬昂驪mPDA-FeNx/C催化劑的TEM照片A.原始催化劑；B.T=1000oC；C.T=1100oC；D.T=1200oC；E.T=1300oC；F.T=1400oC；G.T=1500oCFig.2TEMimagesofPmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdifferenthigh-temperatureheattreatmentsA.Originalcatalyst;B.T=1000oC；C.T=1100oC；D.T=1200oC；E.T=1300oC；F.T=1400oC；G.T=1500oC納米粒子(標(biāo)準(zhǔn)卡片39-1346)，該結(jié)果與TEM觀察的結(jié)果一致.需要說明的是，在高溫下，碳黑顆粒具有還原性，因此熱處理過程中可能僅形成單質(zhì)鐵顆粒，而檢測到的γ-Fe2O3則可能是在樣品保存過程中，鐵納米顆粒被空氣氧化后形成的.在1400oC和1500oC熱處理的樣品中，沒有出現(xiàn)γ-Fe2O3的衍射峰，而是在45o左右出現(xiàn)新的衍射峰，表明在更高溫度下，形成了Fe3C納米粒子(標(biāo)準(zhǔn)卡片35-0772).同時(shí)可觀察到這兩個(gè)樣品中在26o位置的衍射峰增強(qiáng)，對應(yīng)于石墨烯(002)的特征峰，表明催化劑的石墨化程度顯著提高，這也與TEM觀察到的石墨烯結(jié)構(gòu)相符.通過氮?dú)馕摳降葴鼐�分析催化劑的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等信息.如圖3B所示，原始PmP-DA-FeNx/C催化劑在低壓區(qū)具有較高的氮?dú)馕搅�，且吸附枝與脫附枝曲線比較重合，說明其含有圖3不同溫度熱處理前后PmPDA-FeNx/C催化劑的XRD譜圖(A)和氮?dú)馕摳降葴鼐�(B).a.原始催化劑；b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oCFig.3(A)XRDpatternsand(B)nitrogenadsorption/desorptionisothermsofthePmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdif-ferenthigh-temperatureheattreat
巳卻?砉?討鋅贍芙魴緯傻ブ?鐵顆粒，而檢測到的γ-Fe2O3則可能是在樣品保存過程中，鐵納米顆粒被空氣氧化后形成的.在1400oC和1500oC熱處理的樣品中，沒有出現(xiàn)γ-Fe2O3的衍射峰，而是在45o左右出現(xiàn)新的衍射峰，表明在更高溫度下，形成了Fe3C納米粒子(標(biāo)準(zhǔn)卡片35-0772).同時(shí)可觀察到這兩個(gè)樣品中在26o位置的衍射峰增強(qiáng)，對應(yīng)于石墨烯(002)的特征峰，表明催化劑的石墨化程度顯著提高，這也與TEM觀察到的石墨烯結(jié)構(gòu)相符.通過氮?dú)馕摳降葴鼐�分析催化劑的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等信息.如圖3B所示，原始PmP-DA-FeNx/C催化劑在低壓區(qū)具有較高的氮?dú)馕搅�，且吸附枝與脫附枝曲線比較重合，說明其含有圖3不同溫度熱處理前后PmPDA-FeNx/C催化劑的XRD譜圖(A)和氮?dú)馕摳降葴鼐�(B).a.原始催化劑；b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oCFig.3(A)XRDpatternsand(B)nitrogenadsorption/desorptionisothermsofthePmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdif-ferenthigh-temperatureheattreatments.a.Originalcatalyst;b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oC·403·
本文編號：3440792
【文章來源】：電化學(xué). 2017,23(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
熱穩(wěn)定性測試前后PmPDA-FeNx/C催化劑的氧還原極oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=
陳馳等第4期：Fe/N/C氧還原催化劑的熱穩(wěn)定性及活性位結(jié)構(gòu)圖2高溫?zé)崽幚砬昂驪mPDA-FeNx/C催化劑的TEM照片A.原始催化劑；B.T=1000oC；C.T=1100oC；D.T=1200oC；E.T=1300oC；F.T=1400oC；G.T=1500oCFig.2TEMimagesofPmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdifferenthigh-temperatureheattreatmentsA.Originalcatalyst;B.T=1000oC；C.T=1100oC；D.T=1200oC；E.T=1300oC；F.T=1400oC；G.T=1500oC納米粒子(標(biāo)準(zhǔn)卡片39-1346)，該結(jié)果與TEM觀察的結(jié)果一致.需要說明的是，在高溫下，碳黑顆粒具有還原性，因此熱處理過程中可能僅形成單質(zhì)鐵顆粒，而檢測到的γ-Fe2O3則可能是在樣品保存過程中，鐵納米顆粒被空氣氧化后形成的.在1400oC和1500oC熱處理的樣品中，沒有出現(xiàn)γ-Fe2O3的衍射峰，而是在45o左右出現(xiàn)新的衍射峰，表明在更高溫度下，形成了Fe3C納米粒子(標(biāo)準(zhǔn)卡片35-0772).同時(shí)可觀察到這兩個(gè)樣品中在26o位置的衍射峰增強(qiáng)，對應(yīng)于石墨烯(002)的特征峰，表明催化劑的石墨化程度顯著提高，這也與TEM觀察到的石墨烯結(jié)構(gòu)相符.通過氮?dú)馕摳降葴鼐�分析催化劑的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等信息.如圖3B所示，原始PmP-DA-FeNx/C催化劑在低壓區(qū)具有較高的氮?dú)馕搅�，且吸附枝與脫附枝曲線比較重合，說明其含有圖3不同溫度熱處理前后PmPDA-FeNx/C催化劑的XRD譜圖(A)和氮?dú)馕摳降葴鼐�(B).a.原始催化劑；b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oCFig.3(A)XRDpatternsand(B)nitrogenadsorption/desorptionisothermsofthePmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdif-ferenthigh-temperatureheattreat
巳卻?砉?討鋅贍芙魴緯傻ブ?鐵顆粒，而檢測到的γ-Fe2O3則可能是在樣品保存過程中，鐵納米顆粒被空氣氧化后形成的.在1400oC和1500oC熱處理的樣品中，沒有出現(xiàn)γ-Fe2O3的衍射峰，而是在45o左右出現(xiàn)新的衍射峰，表明在更高溫度下，形成了Fe3C納米粒子(標(biāo)準(zhǔn)卡片35-0772).同時(shí)可觀察到這兩個(gè)樣品中在26o位置的衍射峰增強(qiáng)，對應(yīng)于石墨烯(002)的特征峰，表明催化劑的石墨化程度顯著提高，這也與TEM觀察到的石墨烯結(jié)構(gòu)相符.通過氮?dú)馕摳降葴鼐�分析催化劑的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等信息.如圖3B所示，原始PmP-DA-FeNx/C催化劑在低壓區(qū)具有較高的氮?dú)馕搅�，且吸附枝與脫附枝曲線比較重合，說明其含有圖3不同溫度熱處理前后PmPDA-FeNx/C催化劑的XRD譜圖(A)和氮?dú)馕摳降葴鼐�(B).a.原始催化劑；b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oCFig.3(A)XRDpatternsand(B)nitrogenadsorption/desorptionisothermsofthePmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdif-ferenthigh-temperatureheattreatments.a.Originalcatalyst;b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oC·403·
本文編號：3440792
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