多巴胺为前驱体过渡金属与N共同掺杂的碳纳米管催化剂ORR性能研究

作者：杨建; 牛丽红; 张治军

来源：分子催化, 2016, 30(05): 409-419.

DOI：10.16084/j.cnki.issn1001-3555.2016.05.010

• 聚多巴胺
• 过渡金属掺杂
• 多壁碳纳米管
• 氧还原反应

采用多巴胺的自氧化聚合在多壁碳纳米管表面进行聚合沉积修饰,经热处理可得到氮掺杂的碳纳米管催化剂,通过调整沉积次数可控制表面聚多巴胺C-N膜的厚度,从而调控N的掺杂量.研究沉积次数对多壁碳纳米管催化剂表面形貌、化学组成及原子结合形态的影响,并考察N掺杂的多壁碳纳米管催化剂的氧还原反应活性.在此基础上,用多巴胺配合Mn、Fe离子进行共同聚合沉积,热处理后得到Mn(Fe)、N共同掺杂的多壁碳纳米管催化剂,对催化剂进行了多种测试和电化学表征.循环伏安和线性扫描的电化学表征表明,N掺杂可有效提高催化剂的氧还原反应(ORR)活性,C-N膜的厚度会影响催化剂性能,Mn(Fe)-N@MWCNTs催化剂的氧还原活性高于只有N掺杂的催化剂,两种催化剂氧还原反应均为4电子反应路径,可直接将氧气还原成H2O,且F e-N@MWCNTs催化剂表现出较好的抗甲醇能力.SEM照片可以看到聚多巴胺在碳纳米管表面形成C-N膜;R aman分析表明聚多巴胺沉积后提高了催化剂表面的无序性,缺陷增多;XPS表征显示过渡金属的掺杂改变了CNx的结合状态.

• 单位
  中国科学院兰州化学物理研究所; 羰基合成与选择氧化国家重点实验室; 河南大学