【摘 要】
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低温燃料电池包括碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池,具有快速启动、比能量高和低温环境等特点,但需要贵金属铂作为催化剂。金属硒化物具有良好的电催化活性和化学稳定性,且成本
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低温燃料电池包括碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池,具有快速启动、比能量高和低温环境等特点,但需要贵金属铂作为催化剂。金属硒化物具有良好的电催化活性和化学稳定性,且成本低廉,是低温燃料电池阴极催化剂的候选材料。本论文采用简单的微波法,快速合成了一系列碳载铁基硒化物纳米催化剂,包括碳载铁硒化物(FeSe2/C)及碳载铁钴硒化物(FeCoSe/C)。通过表征催化剂的晶体结构、表面组成和形貌、微观结构及碳载体石墨化程度,系统探索了碳载体种类及添加顺序、铁源和溶剂种类、微波时间和硒/铁比值对催化剂氧还原活性及稳定性的影响,获得了具有较好氧还原活性和耐久性的铁基硒化物纳米催化剂。 结果表明,以草酸亚铁为铁源,乙二醇与丙三醇为溶剂,先加入载体BP2000,再通过800 W/3 min微波处理,制备得到的FeSe2/C催化剂呈现正交相结构,平均晶粒尺寸约44 nm,在碱性介质中的氧还原峰电位(Ep)和氧还原电位(EORR)分别为0.733 V和0.814 V。硒/铁比值(Se/Fe)对FeSe2/C纳米催化剂的结构、组成、形貌和氧还原电位影响较小,但对稳定性有影响。FeSe2/C催化剂在酸性介质中的氧还原活性很差。在所研究的Se/Fe=2.0~4.0范围内,Se/Fe比值增大,FeSe2/C催化剂在碱性介质中的稳定性提高。经过900圈循环后,Se/Fe=2.0时,EORR值下降了3.66%,Se/Fe=3.0时,EORR值下降了0.94%,而当Se/Fe=4.0时,EORR值仅下降0.64%。 在此基础上进一步合成FeCoSe/C三元催化剂,并与相同条件下制备的FeSe2/C和CoSe2/C二元催化剂进行比较。结果发现,FeCoSe/C催化剂为具有正交相结构的FeSe2和CoSe2的混合物,平均晶粒尺寸约20 nm,比FeSe2/C的平均晶粒尺寸小50%,在碱性介质中EORR值为0.790 V,比酸性介质高出0.4 V,接近CoSe2/C在碱性介质中的EORR值(0.794 V),稍低于FeSe2/C在碱性介质中的EORR(0.814 V),但稳定性有所改善。经过900圈循环后,FeCoSe/C催化剂的EORR值增加了0.66%,而FeSe2/C和CoSe2/C的稳定性都有不同程度的降低,但FeCoSe/C催化剂在酸性介质中的氧还原活性较CoSe2/C二元催化剂的要差。
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