大豆制氧还原反应催化剂的研究.doc

大豆制氧还原反应催化剂的研究燃料电池因具有清洁、高效等优点，成为最具开发前景的绿色新型能源技术。其中空气电极氧还原反应催化剂的发展，是提高燃料电池能量转换的制约性因素。现阶段在燃料电池中主要采用的是Pt系催化剂，然而Pt的价格昂贵、资源稀缺、容易催化中毒等特点又限制了其商业化发展，因此对成本低廉且具有良好催化活性的非贵金属TM-N/C催化剂的研究具有十分重要的意义。本论文选择富氮生物质黄豆做为氮源，利用氧化镁模板法和两步热解法制备TM-N/C催化剂。同时探究了在催化剂的制备过程中，醋酸镁的添加量、过渡金属载量、热处理温度和时间等条件对催化剂性能的影响。同时利用LSV对催化剂活性和稳定性进行评价，用XRD、TG/DTG对催化剂结构进行表征。实验结果发现，氧化镁模板法的确对催化剂的活性起到了改善作用，添加醋酸镁使得SB/C、CoSB/C的催化活性都得到了提高，当Mg(CH3COO)2·4H2O和SB的质量比为1：1时，对催化剂的改善情况最佳。对SB/C(MgO)催化剂前驱体的XRD和TG/DTG表征发现，醋酸镁在350℃时开始大量形成氧化镁。在氧化镁模板法的基础上所提出的两步热解法，其目的是为了将氧化镁的形成过程和金属参与催化活性位的形成过程分开。进一步的实验表明两步热解法所制备出的CoSB/C(T1-T2)催化剂活性和稳定性都优于氧化镁模板直接热解法所制备出的CoSB/C(MgO)催化剂。实验结果表明，金属的载量对催化剂的活性影响很大。对经过酸浸后得到的CoSB/C(MgO)催化剂的LSV测试分析表明，金属Co并不是催化剂的活性位，而是起促进催化活性位形成的作用。Co%(m/m)=14%~16%，为最佳金属负载量。此外，实验还证实了活性位的形成所需的热处理温度应大于600℃，对于CoSB/C(T1-T2)催化剂而言，前处理条件为400℃、2h，热处理条件为900℃、2h时所制备的催化剂活性最优，此时氧还原反应的起始还原电位为0.10V、峰电位-0.084V，接近Pt的ORR催化活性测试结果。