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质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种低温燃料电池由于操作温度低、启动快、能量转化效率高且环境友好等多种优点,具有广泛的应用前景。但PEMFC中氧化还原反应因为一般采用铂贵金属催化剂,成本较高且资源少,无法大规模应用,因此寻找一种价格低、催化效率高、稳定性好催化剂是能量转换的关键。类沸石咪唑框架(ZIFs)作为金属有机-骨架材料(MOFs)的子类,既具有MOFs高比表面积和规则的孔结构等优点又具有较高的稳定性,已成为合成新型纳米碳复合材料的新平台。本文中制备了单金属以及双金属ZIF基氮掺杂碳材料催化剂并对电催化性能进行了研究。首先,通过2-甲基咪唑与六水硝酸锌自组装反应得到具有正多面体的ZIF-8前驱体,通过改变碳化温度筛选出一种性能较优的氧还原催化剂。为了探究碳化温度对催化剂的影响,运用SEM、TEM、XRD等表征手段分析了碳化物的表面形貌、结构以及石墨化程度,并运用XPS对碳化物的元素种类、含量以及化学态状态进行了分析,得出碳化温度是影响催化剂活性的重要因素。为了进一步评估碳材料的催化性能,通过CV、LSV、K-L方程以及耐甲醇抗渗性和稳定性测试表明,800℃温度下碳化的样品ZIF-8晶体具有最高的峰电位、氧还原起始电位、半波电位和极限电流密度。其次,本课题中设计了一种双金属ZIF基为模板的氮掺杂多孔碳催化材料Zn0.5Co0.5。通过控制六水硝酸锌与六水硝酸钴的比例,得到一种与ZIF-8和ZIF-67相似的晶体结构Zn0.5Co0.5,并以Zn0.5Co0.5晶体为模板高温碳化得到一种稳定性强、活性位点多的高效催化剂。XPS结果进一步表明钴以Co-N形式存在,这进一步增加了催化剂中的活性位点,提升了催化剂的催化性能。电催化测试结果表明该Zn0.5Co0.5的ZIFs催化剂峰电位、半波电位以及极限电流密度的值与商业Pt/C可以相媲美。不同转速下的K-L曲线可以得出,催化剂的的电子转移数接近4,是理想的催化剂路径,有利于提升催化剂的催化效率。