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金属卟啉配合物由于其特殊的结构和独特的性质,对分子氧还原表现出良好的电催化活性,以期取代贵金属作为燃料电池和金属空气电池氧还原催化剂成为近几年研究热点。
本文合成了卟啉配体和与其对应的金属钴、铁卟啉配合物,主要包括:TPP、TMPP、CoTPP、FeTPP、CoTMPP和FeTMPP,以EA、1H-NMR、UV-vis、CV等分析手段对所合成的化合物进行了表征,证明所合成的化合物确为目的化合物;
选用高电导的Vulcan XC-72炭黑粉和高比表面的BlackPear-2000炭黑粉作为金属卟啉催化剂的载体。运用30%H2O2 或 6M HNO3溶液对炭载体进行了预处理,并在其中沉积了锰氧化物;采用有机溶剂热回流法将已制备的金属卟啉配合物负载在处理后的炭载体上,经过不同焙烧温度的热处理,得到系列氧还原电催化剂,用于燃料电池氧还原电催化剂。
运用旋转圆盘电极技术(RDE)测试其性能。采用X射线衍射、扫描电镜(SEM)、紫外可见光谱(Uv/vis)对催化剂进行了表征。比较了不同中心金属离子、不同载体、不同预处理方法和不同焙烧温度对催化剂催化活性的影响。实验发现,焙烧的最佳温度是900℃,酸性介质中,CoTMPP负载于双氧水处理过的炭载体BP 2000上活性最好。
为了更好说明金属卟啉催化剂的氧还原性能,利用气相色谱仪,选择较为合适的细胞色素P450催化模拟体系,金属卟啉对苯乙烯的环氧化反应进行了催化,分别从卟啉环上取代基、中心金属离子、反应温度、氧源等方面讨论了催化剂对苯乙烯环氧化催化性能的影响。