【摘 要】
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氧还原反应缓慢的动力学过程严重限制了燃料电池的能量转换效率,而商用Pt/C催化剂成本太高、资源稀缺、稳定性差,需要寻找合适的材料来取代商用的Pt/C催化剂。近年来,氮掺杂
【机 构】
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上海理工大学材料科学与工程学院; 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室; 莫纳什大学化学工程系;
【基金项目】
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National Natural Science Foundation of China(51572172,51602332);Equipment Research Program(6140721050215);One-Hundred Talent Plan of Chinese Academy of Sciences
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氧还原反应缓慢的动力学过程严重限制了燃料电池的能量转换效率,而商用Pt/C催化剂成本太高、资源稀缺、稳定性差,需要寻找合适的材料来取代商用的Pt/C催化剂。近年来,氮掺杂多孔碳材料因其独特的物理和化学特性吸引了大量的关注。本文使用富含氮元素的可再生土豆作为生物质前驱体,通过简单的一步热解过程和KOH活化方法相结合制备出了一系列氮掺杂多孔碳电催化剂;并系统研究了KOH用量和活化温度对碳基体孔结构和电催化性能的影响。结果表明,当活化温度为750℃、KOH与碳的质量比为3/1时,所制备的催化剂(NPC-750)的氧还原活性最高,起始电位和半波电位分别达到0.89和0.79V(vs.RHE),极限电流密度达到5.53mA·cm–2。NPC-750优异的氧还原催化活性主要归因于其发达的孔结构、高的比表面积(1134.2m2·g–1)和合适的氮含量(1.57at%)。同时,优异的循环稳定性和抗甲醇中毒性能进一步说明这些生物多孔碳材料是潜在的低成本氧还原电催化剂。此外,这些高比表面积多孔碳在超级电容、吸附/分离、催化以及电池等领域也具有潜在的应用前景。
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