碳載鈷酞菁催化劑的制備及其氧還原催化性能研究.pdf

1、金屬酞菁化合物具有高共軛結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性,將其負(fù)載于碳材料上作為氧還原(ORR)催化劑時(shí)表現(xiàn)出良好的電催化活性,目前成為催化劑研究領(lǐng)域的一個(gè)新方向。該類催化劑的制備包含四個(gè)基本要素:過渡金屬、氮源、碳載體和熱處理溫度。金屬酞菁的中心離子通常為Fe、Co、Ni、Mn等,其中Fe和Co的酞菁化合物對(duì)氧還原具有較高的催化活性。
　　 本文建立了固相加熱一步合成碳載鈷酞菁(CoPc/C)復(fù)合催化劑的制備方法。制備的鈷酞菁復(fù)合催化劑形貌均

2、勻,分散性好,催化材料顆粒呈球形,粒徑約為10～30nm。研究了碳載體的預(yù)處理對(duì)復(fù)合材料催化性能的影響。碳粉經(jīng)酸處理后其催化性能顯著提高,在空氣中-0.2V(vs.Hg/HgO)電位下,氧還原的電流密度達(dá)到了60 mA·cm-2。和未處理碳相比,以酸處理碳作為載體時(shí)制備的鈷酞菁復(fù)合催化材料性能有了顯著提高,電極在同樣條件下電流密度增加了70 mA·cm-2。這說明在氧電極中,碳材料不僅作為惰性載體而存在,它的孔隙結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)會(huì)影響催化

3、劑的活性和選擇性。對(duì)不同溫度下制備的催化劑的性能進(jìn)行了比較分析,600℃的催化劑具有最佳催化效果。XRD結(jié)果顯示,600℃時(shí)催化劑中存在大量的CoPc分子,繼續(xù)升高溫度到900℃后得到的是鈷的氧化物。據(jù)此分析,催化劑的活性位點(diǎn)應(yīng)該主要是600℃時(shí)CoPc分子與碳載體形成的Co-N-C結(jié)構(gòu)。另外,催化劑含量對(duì)電極活性有著重要影響。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)催化劑中金屬含量5 wt％(Co/C)時(shí)電極性能最好。在最佳條件下制備的氧電極0 V即可發(fā)生顯著氧