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相对于氢电极来说,氧的阴极还原反应速率相对较慢,极化较大,极大限制了燃料电池性能的提升。虽然铂基催化剂被认为是一种性能优异的氧还原阴极催化剂,但由于铂金属资源稀缺,价格昂贵,导致其催化剂的成本过高,也限制了铂基催化剂的大规模使用。目前很多研究者开始致力于开发其他成本低,稳定性高,催化氧还原性能较好的催化剂来替代铂催化剂。本课题在调研文献和前期实验室研究基础上,提出并用共沉淀法制备了纳米Ag4Bi2O5/MnO2,以及在纳米Ag4Bi205/Mn02的基础上分别负载了碳纳米管和石墨烯,制备了Ag4Bi205/Mn02/CNTs 和 Ag4Bi2O5/Mn02/rGO 新型复合物催化剂,并研究其结构、组成和形貌,以及氧还原催化性能。本论文主要的研究内容如下:(1)首先,本论文采用共沉淀法在纳米Ag4Bi2O5材料的基础上加入Mn02,制备了纳米Ag4Bi2O5/Mn02复合材料。通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS等方法对其结构和形貌进行了表征,用LSV、CV和Tafel等电化学测试研究了这种复合材料的电化学性能,结果表明,纳米Ag4Bi2O5/MnO2复合材料的还原电位稍逊于Pt/C催化剂,其极限氧还原电流与商业Pt/C相当。(2)其次,本论文采用共沉淀法和原位生长相结合的方法,以碳纳米管作为碳载体,制备了 Ag4Bi2O5/MnO2/CNTs复合材料。运用XRD、SEM、XPS等测试手段对这种材料进行了结构和形貌的表征,同时利用CV和LSV等电化学测试方法对该催化剂的氧还原催化性能进行了系统分析。结果表明,在负载了碳纳米管后,Ag4Bi2O5/MnO2/CNTs的催化氧还原性能相比于Ag4Bi2O5/MnO2有所提高,尤其在稳定性和抗甲醇性能方面优于商业Pt/C催化剂。这不仅是因为碳纳米管的加入提高了材料的导电性,而且Ag、Bi、Mn、C之间的协同作用有利于材料氧还原催化性能的提高。(3)使用还原氧化石墨烯作为碳载体,在制备纳米Ag4Bi2O5/MnO2的基础上,制备了 Ag4Bi2O5/MnO2/rGO复合催化剂材料。通过使用XRD、SEM、XPS等测试手段表征了这种材料的结构和形貌,并运用CV、LSV和Tafel等测试方法研究了材料的催化氧还原性能。结果表明,这种催化剂材料的的催化氧还原性能接近商业Pt/C,其中在稳定性和抗甲醇性能方面具有比商业Pt/C更好的性能。该材料优异的电化学性能益于Ag、Bi、Mn几种金属和还原氧化石墨烯的协同作用,这不仅增加了材料的导电性,石墨烯的褶皱结构还能增加材料的比表面积,使得更多的活性位点暴露出来。本论文成功制备的三类催化剂为今后开发低成本氧还原催化材料在燃料电池领域的研究和应用提供了较重要的研究基础。