【摘 要】
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燃料电池具有能量密度高、转换效率高以及环境友好等优点,因此被认为是最有前景的能量转换装置。阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)动力学比较缓慢,它是决
【机 构】
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黑龙江大学功能无机材料化学省部共建重点实验室 哈尔滨150080
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燃料电池具有能量密度高、转换效率高以及环境友好等优点,因此被认为是最有前景的能量转换装置。阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)动力学比较缓慢,它是决定燃料电池性能的关键[1]。目前为止,贵金属Pt和Pt基合金是最有效的氧还原催化剂[2]。然而,由于贵金属Pt的价格昂贵、耐久性差、资源匮乏,限制了燃料电池的商业化应用。因此,当前研究者致力于开发廉价的非贵金属ORR催化剂。 目前,廉价的非贵金属催化剂,例如过渡金属螯合物、N-掺杂的碳材料(N-CNTs、N-石墨烯等)以及N-配位的金属催化剂(Fe或者Co与N-掺杂的碳材料配位)等,具有优异的ORR电催化活性、较好的耐久性以及环境友好等特点,具有潜在的应用前景。通常,这些过渡金属催化剂是通过热解大环化合物(例如Co(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)的酞菁或卟啉化合物)与炭黑的复合物而制得的[3]。尽管这些催化剂已经被研究者深入研究,但是金属大环化合物的昂贵价格,并且炭黑在800 ℃以上的高温会发生气化(特别是在NH,气氛下),会导致这类催化剂在实际应用中受限[4]。因此,有必要发展一种有效、低成本的方法合成高活性、高稳走性的非贵金属氧还原反应的催化剂。 我们发展了一种离子交换路线合成Fe2N纳米粒子与氮掺杂石墨化碳复合体(Fe2 N/NGS)的方法,这种复合体可以作为ORR的高效催化剂。由于本实验中采用离子交换树脂作为碳源,它的骨架中具有丰富、均一的孔道,因此可以使功能性金属离子很好地分散在骨架中。结果表明,合成的Fe2N/NGS具有优异的ORR活性。这种简单、廉价的方法合成的非贵金属催化剂的活性要高于其它铁化合物/氮掺杂石墨烯复合体催化剂。
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