纳米碳复合电催化剂的制备及其氧气还原/析出性能

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cclongman
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金属/空气电池具有很高的理论比能量密度,并且价格实惠、环境友好,已成为能量转换和储存研究领域的热点。它的核心反应包括两大类,分别为氧气析出反应(OER)以及氧气还原反应(ORR),然而这两类反应都属于缓慢反应,降低了金属/空气电池的性能。因此,研发高性能,低成本的OER/ORR电催化剂对推动金属/空气电池商业化发展具有重要的作用。最新研究报道,将过渡金属与其他一些元素进行掺杂从而合成的电催化剂表现出良好的OER/ORR催化活性。本文首先在N2氛围下通过高温煅烧的方法将过渡金属元素Co和MgO化合物进行掺杂,合成了 Co/MgO氮掺杂纳米碳复合电催化剂,同时通过XRD、Raman、XPS等手段对该催化剂进行了结构表征,采用循环伏安法等电化学测试方法对催化剂的OER/ORR催化性能进行了相关评价。从得到的结果可以得出,在0.1 MKOH电解液中,该系列催化剂具有很好的OER/ORR电催化活性,且Co:Mg摩尔比为10:1的样品,在800℃煅烧下得到的10Co1Mg/NC-800催化剂具有最好的OER/ORR催化活性,在OER过程中,Tafel斜率为91.0mV·dec-1,在10mA·cm-2处的电势可以达到0.704V(vs.Ag/AgCl);在ORR过程中,起始电压为-0.07V(vs.Ag/AgCl),Tafel 斜率为56.2 mV·dec-1,半波电势为-0.168 V。该催化剂的OER/ORR双功能催化活性与贵金属相差无几。其次,利用六水合硝酸钴作为金属盐前驱体,2-甲基咪唑作为配体,在氨水溶液(25wt%)的条件下,通过简单的配位合成出前驱体,然后在N2氛围下通过一定温度进行煅烧得到Co的配合物的衍生物纳米碳复合电催化剂。结果表明,其中600 ℃煅烧得到的Co-600催化剂具有最好的OER/ORR电催化活性,在OER过程中,Tafel斜率为 103.5mV·dec-1,在10 mA·cm-2 处的电势可以达到 0.643 V(vs.Ag/AgCl);在 ORR 过程中,起始电压为-0.07 V(vs.Ag/AgCl),Tafel 斜率为 64.1 mV·dec-1,半波电势为-0.153 V。
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