钴,氮共掺杂多孔炭用于高性能氧还原电催化剂

• 作者: 张晶 宋良浩 赵晨妃 殷秀平 赵玉峰
• 来源期刊: 新型炭材料
• 学科: 工学
• 关键词: 氧还原 ORR催化剂 多孔炭 炭球 氮掺杂
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 209-218
• 页数: 10页
• 分类号: TB33
• 语种: 中文
• DOI: 10.1016/S1872-5805(21)60016-1

摘要

钴和氮共掺杂炭催化剂(Co-NC),由于成本低廉和资源丰富而备受关注,但其低的氧还原反应(ORR)活性和对氧气的双电子(2e-)还原生成H2O2的高选择性,进一步影响了其在燃料电池中的应用.因此,Co-NC催化剂是通过在650、750和850℃下热解CoCl2和壳聚糖的混合物(用ZnCl2预处理),然后用HNO3洗涤并在900℃下退火而制备.结果表明,ZnCl2有利于壳聚糖与Co2+的络合,同时也是造孔的化学活化剂.此外,退火会导致通过碳热还原锌离子形成球形Zn金属纳米颗粒蒸发,从而形成Co-NC催化剂独特的多孔结构,其球形孔填充了球形炭纳米颗粒,而球形炭纳米颗粒在Co催化过程中氮掺杂炭生长而形成.在Co催化下,催化剂的石墨化度得到了改善.在750℃的热解温度下获得的Co-NC催化剂与商业Pt/C催化剂相比,具有相同的4e-路径,展现出更高的ORR催化活性、长期稳定性和甲醇耐受性,这得益于其大的比表面积、可分散Co物种的高吡啶氮和石墨氮含量及其优异的导电性.