石墨烯/金属氮杂环纳米复合材料在燃料电池分子氧催化还原反应中的应用研究
发布时间：2021-11-17 03:34
石墨烯具有良好的电子传导性、巨大的表面积、稳定的化学和机械稳定性等,在分子氧催化还原（ORR）反应中可以有效地改进催化剂的催化活性,是过渡金属大环催化剂新的基底材料。对石墨烯支持的非贵金属氮杂环复合材料在ORR催化反应中的应用以及影响催化O2活性的因素进行了讨论。重点讨论了卟啉和酞菁中心金属核,Co和Fe,以及卟啉和酞菁作为N的前驱体对ORR电催化活性的影响,并展望了非贵金属氧还原催化剂在燃料电池中的研究发展方向。
【文章来源】：材料导报. 2016,30(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１（Ｇ－ｄｙｅ－ＦｅＰ）ｎＭＯＦ结构及其对Ｏ２催化还原机制Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ（Ｇ－ｄｙｅ－ＦｅＰ）ｎＭＯＦａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ
－ＴＨＰＰ组装超过了５层，将具有相似的ＯＲＲ行为，即优化的Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ层数增强了电催化活性，阻止了Ｏ２和电解质向Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ内层的扩散。（ＲＧＯ／Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ）７在－１．０Ｖ时极限电流高达－４．０ｍＡ／ｃｍ２，高于其它ＲＧＯ为基础的材料，与Ｐｔ／Ｃ相似。运行４００００ｓ后，催化活性仍保持约８０％，这也表明了复合物具有非常高的稳定性，而且与Ｐｔ／Ｃ相比，复合物对甲醇交叉反应有更好的耐受性。图２ＲＧＯ／（Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ）ｎ的制备过程示意图Ｆｉｇ．２ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆＲＧＯ／（Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ）ｎＣｏ（５，１５－对氨基苯基）－１０，２０－五氟苯基卟啉功能化的ＧＯ通过电化学还原获取了ＥＲＧＯ－ＣｏＡＰＦＰ复合材料［２１］。研究表明，ＥＲＧＯ－ＣｏＡＰＦＰ还原Ｏ２的半波电位Ｅ１／２为－０．１９Ｖ，这要比ＧＯ支持的材料更正，表明Ｃｏ促进了电子传递反应，并且在改进ＯＲＲ催化活性方面发挥了重要作用。ＥＲＧＯ－ＣｏＡＰＦＰ对Ｏ２催化反应的起始电位约为－０．０５４Ｖ，伴随较高的ＯＲＲ催化电流，发生了４电子转移途径（ｎ＞３．８），产生了比ＧＯ为基础的材料更少的Ｈ２Ｏ２产物。此外，ＥＲＧＯ－ＣｏＡＰＦＰ也展示了比商品化Ｐｔ／Ｃ对甲醇、乙醇更好的耐受性和长期稳定性（２．５ｈ）。最近，Ｈｅ等［２２，２３］发展了一系列ＯＲＲ非贵金属电催化剂，使用在线溶剂热合成方法将金属四
Ｃｏ卟啉／石墨烯纳米复合材料对Ｏ２显示了良好的电催化活性。优化条件下，Ｃｏ卟啉／石墨烯纳米复合材料修饰电极在碱性介质中对Ｏ２的催化还原为４电子转移反应。图３Ｍ－ＴＨＰＰ／ＰＳＳ－ＲＧＯ纳米复合材料合成路线图Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｒｏｕｔｅｓｏｆＭ－ＴＨＰＰ／ＰＳＳ－ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ综上，金属卟啉－石墨烯复合物对ＯＲＲ显示了极好的电催化活性，伴随４电子转移行为（见图４），并且比商品化Ｐｔ／Ｃ具有更好的稳定性（＞８０％），以及显著的醇交叉耐受性。图４ＣｏＴＰＰ／ＲＧＯ在碱性介质中的ＯＲＲ电催化反应示意图Ｆｉｇ．４ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＣｏＴＰＰ／ＲＧＯａｎｄｉｔｓｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｉｓｔｏｗａｒｄＯＲＲｉｎａｎａｌｋａｌｉｎｅｍｅｄｉｕｍ１．２ＯＲＲ中的金属酞菁／石墨烯复合物近期，Ｈｏｕ等［２５］报道了３Ｄ氮化物／Ｎ掺杂石墨烯凝胶杂化体形式，并且研究了它们的ＯＲＲ催化活性。ＦｅＰｃ在π－π相互作用及包含有氧功能基团的协助下，被均一分散作用于石墨烯表面。在ＮＨ３氛围中，以ＦｅＰｃ作为Ｆｅ和Ｎ杂化前驱体，通过简单的水热过程可以在石墨烯层上在线生成ＦｅｘＮ纳米粒子（见图５）。ＦｅＰｃ不仅作为Ｆｅ和Ｎ的前驱体，也阻止了ＧＯ层间的聚集，并获取了多孔形貌高表面积结构［２６］。此外，ＦｅＰｃ在未使用任何稳定剂的情况下，与ＧＯ通过π－π相互作用产生了稳定的悬浮物。研究者通过ＣＶ法对合成的３ＤＮ－掺杂石墨烯凝胶（ＮＧＡ）支持的
本文编号：3500115
【文章来源】：材料导报. 2016,30(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１（Ｇ－ｄｙｅ－ＦｅＰ）ｎＭＯＦ结构及其对Ｏ２催化还原机制Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ（Ｇ－ｄｙｅ－ＦｅＰ）ｎＭＯＦａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ
－ＴＨＰＰ组装超过了５层，将具有相似的ＯＲＲ行为，即优化的Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ层数增强了电催化活性，阻止了Ｏ２和电解质向Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ内层的扩散。（ＲＧＯ／Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ）７在－１．０Ｖ时极限电流高达－４．０ｍＡ／ｃｍ２，高于其它ＲＧＯ为基础的材料，与Ｐｔ／Ｃ相似。运行４００００ｓ后，催化活性仍保持约８０％，这也表明了复合物具有非常高的稳定性，而且与Ｐｔ／Ｃ相比，复合物对甲醇交叉反应有更好的耐受性。图２ＲＧＯ／（Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ）ｎ的制备过程示意图Ｆｉｇ．２ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆＲＧＯ／（Ｃｏ２＋－ＴＨＰＰ）ｎＣｏ（５，１５－对氨基苯基）－１０，２０－五氟苯基卟啉功能化的ＧＯ通过电化学还原获取了ＥＲＧＯ－ＣｏＡＰＦＰ复合材料［２１］。研究表明，ＥＲＧＯ－ＣｏＡＰＦＰ还原Ｏ２的半波电位Ｅ１／２为－０．１９Ｖ，这要比ＧＯ支持的材料更正，表明Ｃｏ促进了电子传递反应，并且在改进ＯＲＲ催化活性方面发挥了重要作用。ＥＲＧＯ－ＣｏＡＰＦＰ对Ｏ２催化反应的起始电位约为－０．０５４Ｖ，伴随较高的ＯＲＲ催化电流，发生了４电子转移途径（ｎ＞３．８），产生了比ＧＯ为基础的材料更少的Ｈ２Ｏ２产物。此外，ＥＲＧＯ－ＣｏＡＰＦＰ也展示了比商品化Ｐｔ／Ｃ对甲醇、乙醇更好的耐受性和长期稳定性（２．５ｈ）。最近，Ｈｅ等［２２，２３］发展了一系列ＯＲＲ非贵金属电催化剂，使用在线溶剂热合成方法将金属四
Ｃｏ卟啉／石墨烯纳米复合材料对Ｏ２显示了良好的电催化活性。优化条件下，Ｃｏ卟啉／石墨烯纳米复合材料修饰电极在碱性介质中对Ｏ２的催化还原为４电子转移反应。图３Ｍ－ＴＨＰＰ／ＰＳＳ－ＲＧＯ纳米复合材料合成路线图Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｒｏｕｔｅｓｏｆＭ－ＴＨＰＰ／ＰＳＳ－ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ综上，金属卟啉－石墨烯复合物对ＯＲＲ显示了极好的电催化活性，伴随４电子转移行为（见图４），并且比商品化Ｐｔ／Ｃ具有更好的稳定性（＞８０％），以及显著的醇交叉耐受性。图４ＣｏＴＰＰ／ＲＧＯ在碱性介质中的ＯＲＲ电催化反应示意图Ｆｉｇ．４ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＣｏＴＰＰ／ＲＧＯａｎｄｉｔｓｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｉｓｔｏｗａｒｄＯＲＲｉｎａｎａｌｋａｌｉｎｅｍｅｄｉｕｍ１．２ＯＲＲ中的金属酞菁／石墨烯复合物近期，Ｈｏｕ等［２５］报道了３Ｄ氮化物／Ｎ掺杂石墨烯凝胶杂化体形式，并且研究了它们的ＯＲＲ催化活性。ＦｅＰｃ在π－π相互作用及包含有氧功能基团的协助下，被均一分散作用于石墨烯表面。在ＮＨ３氛围中，以ＦｅＰｃ作为Ｆｅ和Ｎ杂化前驱体，通过简单的水热过程可以在石墨烯层上在线生成ＦｅｘＮ纳米粒子（见图５）。ＦｅＰｃ不仅作为Ｆｅ和Ｎ的前驱体，也阻止了ＧＯ层间的聚集，并获取了多孔形貌高表面积结构［２６］。此外，ＦｅＰｃ在未使用任何稳定剂的情况下，与ＧＯ通过π－π相互作用产生了稳定的悬浮物。研究者通过ＣＶ法对合成的３ＤＮ－掺杂石墨烯凝胶（ＮＧＡ）支持的
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