微生物燃料电池Fe-N掺杂炭黑阴极催化剂性能研究

作者：谢仰恩; 王丁玲; 马兆昆; 宋怀河; XU Pei

来源：无机材料学报, 2018, 33(03): 295-300.

• 微生物燃料电池
• 氧还原性能
• 炭黑
• 氯化铁
• 三聚氰胺

炭黑是一种廉价且具有高导电性的氧还原催化剂,可应用于微生物燃料电池(MFCs)的阴极。然而,纯炭黑的催化性能较差,不能满足实际应用需求。为了提高炭黑的催化性能,以氯化铁(FeCl3)和三聚氰胺作为Fe源和N源按一定比例与炭黑混合共炭化,对炭黑进行改性处理。结果表明,当Fe-N与炭黑的质量比例为2.6∶1时,MFCs的输出功率密度达到最高值,为1395 mW/m2,比Pt/C催化剂(876 m W/m2)提高了59%。SEM观察到炭黑基体上形成了椭圆形或柱状晶体,XRD和XPS测试结果显示是在共炭化过程中生成的Fe3C晶体,引入了吡啶氮和石墨氮,在催化剂表面形成更多的活性位点,这是复合催化剂性能提升的关键因素。随着Fe-N比例的提高,复合催化剂的导电性和比表面积逐渐下降,从另一方面又限制了其性能的提升。综上所述,氯化铁、三聚氰胺和炭黑共炭化制备的复合催化剂是一种具有良好性价比的MFCs阴极催化剂,可在规模化应用中发挥更大作用。

• 单位
  北京化工大学; 化工资源有效利用国家重点实验室