高氧還原活性熱解碳載鈷聚吡咯研究.pdf

1、催化劑是燃料電池正常運行的關(guān)鍵材料之一,以鉑為主的貴金屬催化劑價格昂貴,嚴(yán)重制約了低溫燃料電池的商業(yè)化;陰極氧還原反應(yīng)過電位較大,極大地限制了燃料電池的性能和壽命。因此,研究和開發(fā)價格低廉、高活性和高穩(wěn)定性的非鉑陰極催化劑成為近年來催化劑研究的主要方向。碳載鈷聚吡咯催化劑具有良好的穩(wěn)定性,但催化活性相對較低。為了獲得高氧還原活性,本論文以乙酸鈷為鈷源,聚吡咯為氮源,商用炭黑為碳載體制備碳載鈷聚吡咯催化劑,深入探討了鈷載量、氮碳比、摻雜劑

2、種類與數(shù)量以及熱處理時間等對催化活性的影響,并重點考察了摻雜劑中硫元素的引入對催化劑氮含量、孔徑分布和碳載體石墨化程度的影響。通過設(shè)計正交試驗,優(yōu)化了合成參數(shù),制備出高催化活性的熱解碳載鈷聚吡咯陰極催化劑。
　　 結(jié)果發(fā)現(xiàn),分別引入十二烷基苯磺酸鈉、對甲苯磺酸鈉及苯磺酸鈉三種摻雜劑,催化劑的轉(zhuǎn)移電子數(shù)均由未摻雜的2.7提高到3.1。同時,摻雜劑的引入降低了催化劑的微孔面積,但延長熱處理時間可以提高催化劑的微孔面積。由于摻雜劑中含

3、有的硫元素與碳結(jié)構(gòu)的相互作用,不僅增加了催化劑中的氮含量,而且提高了碳載體的石墨化程度,其中苯磺酸鈉摻雜的催化劑氧還原活性最好,氮含量增加了31％,碳載體石墨化程度提高了8.71％,微孔面積僅減少4.70％。
　　 通過正交試驗得到的催化劑最佳合成參數(shù)為:鈷載量為5％,氮碳質(zhì)量比為3:1,苯磺酸鈉與吡咯的摩爾比為1:2,熱處理時間為10h。由此制備的熱解碳載鈷聚吡咯催化劑的氧還原峰電位為600mV,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.6,氮含量高達(dá)