碳納米纖維負載鐵鈷鎳材料的制備及其氧還原催化性能.pdf

1、貴金屬鉑廣泛應(yīng)用于燃料電池的陰極氧還原催化劑，但由于其全球儲量有限，并且容易因中毒而失活，嚴重阻礙了燃料電池的發(fā)展。研究表明，在堿性電解液中，許多氮摻雜碳材料和過渡金屬的復(fù)合物具有與較好的氧還原催化活性和穩(wěn)定性，但在酸性介質(zhì)中的氧還原催化活性并不理想。本文通過靜電紡絲法，結(jié)合浸漬法和在NH3中高溫處理，制備出PAN基碳納米纖維負載金屬催化劑。采用TEM、SEM、XPS、Raman和XRD等表征方法對負載金屬的碳納米纖維的表面形貌、結(jié)構(gòu)和

2、成分等方面進行了系統(tǒng)的測試；采用循環(huán)伏安法、電流-時間曲線和旋轉(zhuǎn)圓盤電極法對負載金屬碳納米纖維在酸性介質(zhì)中的氧還原催化活性進行了研究。
　　通過對負載Fe/Co比例為1:1，不同F(xiàn)e/Co負載量碳納米纖維的研究發(fā)現(xiàn)，負載量為1％和2%的碳納米纖維的表面出現(xiàn)了二次生長的碳納米管結(jié)構(gòu)，且負載量為1%的樣品表面的碳納米管結(jié)構(gòu)呈竹節(jié)狀，而負載量為2%的樣品表面的碳納米管比較光滑，且直徑較小，這種碳納米管結(jié)構(gòu)提高了催化劑的穩(wěn)定性；當(dāng)熱處理氣

3、氛換成氮氣或改變熱處理碳化溫度時，碳納米纖維表面沒有出現(xiàn)明顯的碳納米管結(jié)構(gòu)；負載Fe/Co比例為1:3或3:1時，碳納米纖維表面只有碳包覆金屬的短棒狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)電化學(xué)測試，負載金屬碳納米纖維的氧還原催化活性比純碳納米纖維催化劑高，負載量為2%時，負載Fe/Co雙金屬的碳納米纖維在酸性介質(zhì)中的氧還原電位為0.50V，其穩(wěn)定性遠比負載單金屬的好；Fe/Co比例則對碳納米纖維的氧還原催化活性影響不大，而熱處理溫度則有較大影響，經(jīng)900℃碳化的碳

4、納米纖維氧還原峰電位為0.62V，超過了商業(yè)用的Pt/C催化劑。
　　引入第三種過渡金屬Ni，研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e/Co/Ni為1:1:1時，不同F(xiàn)e/Co/Ni負載量的碳纖維表面沒有生長出碳納米管結(jié)構(gòu)，但隨著金屬負載量的增加，NH3對碳納米纖維的刻蝕作用明顯加劇，纖維表面出現(xiàn)了更多的孔缺陷，斷裂現(xiàn)象嚴重。此外，當(dāng)負載量超過0.5%時，其氧還原催化活性開始下降。
　　負載量為0.5%時，改變金屬Fe/Co/Ni的比例，對碳納米纖維