论文部分内容阅读
阴离子膜燃料电池(AEMFC)不仅具有能量转化率高、环境友好等优点,而且可以使用非贵金属做催化剂,从而降低了制造成本,成为了备受关注的新能源技术。氧还原(ORR)催化剂是阴离子膜燃料电池的关键部件之一,开发新型的、成本低廉的氧还原催化剂,对推动燃料电池的发展具有重要意义。本文首先采用液相沉淀法合成5～10nm左右的Co3O4,再用超声法制备了不同比例的Co3O4/C催化剂,合成方法简单、绿色环保。最优条件下(Co3O4的质量为Co3O4/C催化剂的50%)制备的Co3O4/C催化剂的比表面积是146.26m2g-1,在-0.8 V下的极限电流密度是2.93 mA·cm2,氧还原反应的转移电子数是2.51。在此基础上,采用超声法制备了氧化石墨烯(GO)包覆Co304的核壳型催化剂(Co3O4@GO/C)。当GO含量为Co3O4的5%时,所制备催化剂的比表面积达到220.54 m2g-1,氧还原催化活性最高,在-0.8 V下的极限电流密度是4.3 mA·cm-2。为进一步降低成本,以石墨相氮化碳(g-C3N4)取代GO,采用同样方合成了Co304@g-C3N4/C催化剂。结果表明,随g-C3N4含量的增加,催化剂活性先增大后减小,当g-C3N4含量为Co3O4的3%时,比表面积达到172.31m2g-1,催化活性最大,在-0.8V下的极限电流密度是3.65mA·cm-2。用S对g-C3N4进行掺杂后,可以进一步提高催化剂(Co3O4@S-g-C3N4/C)的氧还原催化活性,当S与g-C3N4的比例为1:3时,比表面积增大到201.37 m2g-1,在-0.8 V下的极限电流密度提高到4 mA·cm-2。这三种催化剂催化活性顺序为Co3O4@GO/C>Co3O4@S-g-C3N4/C>Co3O4@g-C3N4/C,相对于Co3O4/C催化剂,分别提升了 48%、37%、26%。在最优条件下制备的三种催化剂的转移电子数分别是3.5、3.6、3.65。说明氧气基本是依靠四电子途径来扩散,表明这三种催化剂对氧具有良好的选择性。此外,经过1000圈的循环伏安测试后,催化剂的性能均未衰减,表现出良好的稳定性。