论文部分内容阅读
研究开发价格低廉、催化活性高、稳定性好的氧还原(ORR)催化剂代替燃料电池阴极铂(Pt)基催化剂来解决Pt基催化剂成本高、活性低、稳定性差等阻碍燃料电池商业化进程的问题,这成为了近年来的研究热题。其中碳基材料凭借其良好的导电性,突出的化学和热力学稳定性,结构可调控以及表面积大等特点,使得其在吸附、催化以及能源储存等方面得以广泛的应用。尤其是杂原子掺杂碳基材料具有优异的催化活性和稳定性,使得其催化和能源储存等领域得以广泛的研究,引发了国内外科研工作者们大量的研究。研究证明杂原子参杂碳基材料是最有可能代替燃料电池阴极Pt基催化剂。但是这类材料目前也存在着催化活性较低(尤其在酸性体系)、活性中心不明确等问题。针对以上问题,我们做了一下工作:(1)我们巧妙的利用生物质(water lettuces,WLs)作为碳前驱体,氨气作为造孔剂和氮源,制备出一种超薄氮掺杂多孔碳纳米片(N-HPCNSs),其在广泛pH下均有优异的氧还原催化性能,并将N-HPCNS材料作为阴极催化剂用于锌-空气电池(Zn-air batterys,ZABs)、微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFCs)、直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell,DMFCs)等实际应用中,在相同条件下均可表现出可与商用Pt/C(20 wt%)相匹敌甚至更好的优异性能。(2)我们采用一种简单的固-固热解的方法,以硝酸钴、单氰胺为前驱体制备了一种三维(3D)氮掺杂碳纳米片包覆钴纳米粒子(Co/M-Cs)。这种杂化材料具有很好的葡萄糖氧化反应(Glucose oxidation reaction,GOR)和阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)催化性能,同时应用于催化葡萄糖燃料电池(Glucose fuel cell,GFCs)阳极发生GOR和阴极发生ORR,实现了自发放电,促进燃料到能源的绿色转化。