離子液體作為雜原子摻雜源的非貴金屬摻雜碳催化劑的制備及性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池作為一種新型能源，能夠繞開卡諾循環(huán)，高效率的利用能量，且過程清潔、環(huán)境友好。但催化劑的高成本問題卻限制著質(zhì)子交換膜燃料電池的推廣和生產(chǎn)。催化劑成本高的主要原因在于鉑基催化劑的使用，作為一種貴金屬，鉑在催化性能上確實(shí)擁有其優(yōu)勢(shì)，然而其高成本、易中毒的性質(zhì)卻成了質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵阻礙。因此從根本上開發(fā)能夠完全替代鉑的低成本、高性能非貴金屬催化劑就成了重中之重。本文選用價(jià)格低廉、易于制備與結(jié)構(gòu)調(diào)整的離子液體、

2、聚合離子液體及雙氰胺為雜原子摻雜源，制備出高催化性能的非貴金屬摻雜碳催化劑。主要工作如下:
　　1.以離子液體([Emim]Br、[Emim]BF4、[Emim]PF6)為雜原子摻雜源，F(xiàn)eCl3提供中心配位原子，通過溶液共混和高溫?zé)峤鈨刹椒ㄖ苽淞薋e-N(IL)/C催化劑，并研究制備過程中關(guān)鍵因素對(duì)催化劑活性位點(diǎn)形成的影響。研究表明:雜原子摻雜源的選擇、熱分解的溫度及FeCl3的含量均會(huì)影響催化劑的活性，其中當(dāng)離子液體選用[Em

3、im]Br、熱分解溫度選取750℃、離子液體與FeCl3的摩爾比為nIL∶nFe=1∶2時(shí)催化劑的性能達(dá)到最佳，催化劑中可形成較多的吡啶氮及石墨氮，使其起始還原電位在0.1M HClO4的測(cè)試條件下達(dá)到0.795V(vs.RHE)。
　　2.以聚合離子液體P[VEIM]Br為雜原子摻雜源，多壁碳納米管為載體、Fe(NO3)3·9H2O提供金屬配位原子，通過溶液共混和高溫?zé)峤鈨刹椒ㄖ苽淞艘幌盗蠪e-N(PIL)/C催化劑，考察熱分解

4、溫度和聚合離子液體的添加量等因素對(duì)催化劑活性和穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)熱分解溫度為800℃、多壁碳納米管與聚合離子液體的質(zhì)量比mMWCNTs∶mPIL=1∶7.5時(shí)，催化劑活性最佳，在0.1M HClO4的測(cè)試條件下最高可達(dá)0.80V(vs.RHE)。
　　3.以聚合離子液體P[VEIM]Br和雙氰胺(DCD)為復(fù)合氮源，多壁碳納米管為載體，F(xiàn)e(NO3)3·9H2O提供金屬配位原子，通過溶液共混和高溫?zé)峤鈨刹椒ㄖ苽淞艘幌盗蠪e