铁氮共掺杂介孔碳材料的简易制备及其氧还原反应催化性能

作者：杨代辉; 孙甜; 田合鑫; 史晓斐; 马东伟

来源：无机材料学报, 2023, 38(11): 1309-1316.

• 铁氮共掺杂介孔碳
• 氧还原反应
• 半封闭体系
• 催化剂

氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电化学反应过程,其自发反应进程缓慢,对氧还原反应起高效催化作用的催化剂面临价格昂贵、合成流程复杂、污染环境等问题,因此探索合成简单、环境友好的氧还原催化剂制备方法具有重要意义。铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC)是一种有巨大应用价值的非贵金属氧还原反应催化剂。本工作通过在马弗炉中的半封闭体系内高温碳化小分子前驱体得到介孔碳材料(MCM),再把获得的MCM与铁盐混合在管式炉中高温处理制备得到铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MCMT)。该方法热解条件简单,无需模板剂和NH3、HF等有毒物质。由于MCM含有较高的氮和氧元素,有利于提升介孔碳材料表面的亲水性和配位能力,通过MCM和铁盐制备出的Fe-N/MCMT含有丰富的、催化ORR的Fe-Nx活性位点,其起始电位和半波电位分别为0.941和0.831 V(vs RHE),比商业化Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别正34和16 mV。氧还原反应按照反应过程分为二电子过程和四电子过程,Fe-N/MCMT和Pt/C的转移电子数分别为3.77和3.91,表明具有四电子反应过程。

• 单位
  南昌工学院; 贵州梅岭电源有限公司