芳香含氮過(guò)渡金屬配合物類(lèi)催化劑的制備及其催化性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池（DMFC）因具有高效、高能量密度、低排放、燃料儲(chǔ)運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。燃料電池常用的電催化劑以鉑系金屬為主，但它資源有限，易被CO毒化，限制了燃料電池的商業(yè)化。因此，尋找非貴金屬化合物來(lái)代替鉑，含氮過(guò)渡金屬化合物作為燃料電池陰極氧化還原催化劑越來(lái)越受到人們的重視。
　　本課題制備了三大類(lèi)含氮過(guò)渡金屬化合物，其三類(lèi)配體為：第一類(lèi)是鄰菲咯啉類(lèi)化合物，本文合成了二吡啶并吩嗪（DPPZ），通過(guò)改變各實(shí)驗(yàn)條件，提高了

2、產(chǎn)率；第二類(lèi)是多吡啶類(lèi)化合物，合成了一種新型的多吡啶類(lèi)化合物，4’-對(duì)甲氧苯基-2，2’：6’，2”-三聯(lián)吡啶（MPTP）；第三類(lèi)是碳氮化合物，通過(guò)兩種方法制備了碳氮化合物C3N4。利用紅外光譜，紫外-可見(jiàn)光譜等方法對(duì)所得化合物進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)所得即為目標(biāo)化合物。用鄰菲咯啉以及上述所得的三類(lèi)化合物作配體，制得芳香含氮過(guò)渡金屬（鈷或鐵）配合物，以上述配合物作為催化劑的前驅(qū)體，用活性碳固載，在惰性氣體保護(hù)下活化，制備了芳香含氮過(guò)渡

3、金屬配合物類(lèi)催化劑。
　　對(duì)以上制備的催化劑，改變活化溫度以及含氮化合物加金屬鹽之和：活性碳的配比（或鈷、鐵的載量），在0.5mol/L H2SO4溶液中，用旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極法（RDE）研究了催化劑的最佳制備工藝條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制備催化劑的最佳活化溫度為1050℃、芳香含氮化合物加金屬鹽與活性碳的最佳配比為1：1（文中均簡(jiǎn)稱(chēng)為配比），催化劑的氧還原電位為0.74，催化氧還原轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.5。所制得的催化劑對(duì)氧還原反應(yīng)的催化活性比較好

4、，電極反應(yīng)趨向于4e過(guò)程。利用X射線粉末衍射法（XRD)對(duì)催化劑進(jìn)行了表征，檢測(cè)催化劑中晶體及原子簇的存在；利用掃描電鏡能譜圖（SEM-EDS）檢測(cè)了催化劑表面微觀區(qū)域元素組成，檢測(cè)到催化劑中過(guò)渡金屬鈷或鐵的存在，并且各元素的含量與理論計(jì)算值相符。
　　為了證明催化劑的穩(wěn)定性，在強(qiáng)化燃料電池陰極環(huán)境下，即在O2飽和的0.5M H2SO4溶液中采用電化學(xué)方法進(jìn)行掃描，分別得到第1次掃描、第100次和第150次掃描的線性伏安曲線，第1