Fe/N/C氧还原催化剂的热稳定性及活性位结构
发布时间：2021-10-17 00:41
研制高活性的Fe/N/C氧还原催化剂对于降低燃料电池成本、实现商业化应用有重要意义.为实现Fe/N/C催化剂的理性设计,需要深入研究其活性位结构.本文发展一种研究活性位结构的新策略,以预先合成好的聚间苯二胺基Fe/N/C催化剂（Pm PDA-Fe Nx/C）为起始物,对其在10001500 o C高温下再次进行热处理并使其失活,通过关联催化剂热处理前后的结构变化与氧还原催化性能来揭示活性位结构.实验结果表明,随着热处理温度升高,活性中心结构被破坏,铁原子析出团聚并形成纳米颗粒,氮元素挥发损失,导致催化剂失活.XPS分析显示,低结合能含氮物种的含量与催化剂的ORR活性呈良好的正相关性,表明活性中心很可能是由吡啶N和Fe-N物种构成的.
【文章来源】：电化学. 2017,23(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
热稳定性测试前后PmPDA-FeNx/C催化剂的氧还原极oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=
陈驰等第4期：Fe/N/C氧还原催化剂的热稳定性及活性位结构图2高温热处理前后PmPDA-FeNx/C催化剂的TEM照片A.原始催化剂；B.T=1000oC；C.T=1100oC；D.T=1200oC；E.T=1300oC；F.T=1400oC；G.T=1500oCFig.2TEMimagesofPmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdifferenthigh-temperatureheattreatmentsA.Originalcatalyst;B.T=1000oC；C.T=1100oC；D.T=1200oC；E.T=1300oC；F.T=1400oC；G.T=1500oC纳米粒子(标准卡片39-1346)，该结果与TEM观察的结果一致.需要说明的是，在高温下，碳黑颗粒具有还原性，因此热处理过程中可能仅形成单质铁颗粒，而检测到的γ-Fe2O3则可能是在样品保存过程中，铁纳米颗粒被空气氧化后形成的.在1400oC和1500oC热处理的样品中，没有出现γ-Fe2O3的衍射峰，而是在45o左右出现新的衍射峰，表明在更高温度下，形成了Fe3C纳米粒子(标准卡片35-0772).同时可观察到这两个样品中在26o位置的衍射峰增强，对应于石墨烯(002)的特征峰，表明催化剂的石墨化程度显著提高，这也与TEM观察到的石墨烯结构相符.通过氮气吸脱附等温线分析催化剂的比表面积和孔结构等信息.如图3B所示，原始PmP-DA-FeNx/C催化剂在低压区具有较高的氮气吸附量，且吸附枝与脱附枝曲线比较重合，说明其含有图3不同温度热处理前后PmPDA-FeNx/C催化剂的XRD谱图(A)和氮气吸脱附等温线(B).a.原始催化剂；b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oCFig.3(A)XRDpatternsand(B)nitrogenadsorption/desorptionisothermsofthePmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdif-ferenthigh-temperatureheattreat
巳却?砉?讨锌赡芙鲂纬傻ブ?铁颗粒，而检测到的γ-Fe2O3则可能是在样品保存过程中，铁纳米颗粒被空气氧化后形成的.在1400oC和1500oC热处理的样品中，没有出现γ-Fe2O3的衍射峰，而是在45o左右出现新的衍射峰，表明在更高温度下，形成了Fe3C纳米粒子(标准卡片35-0772).同时可观察到这两个样品中在26o位置的衍射峰增强，对应于石墨烯(002)的特征峰，表明催化剂的石墨化程度显著提高，这也与TEM观察到的石墨烯结构相符.通过氮气吸脱附等温线分析催化剂的比表面积和孔结构等信息.如图3B所示，原始PmP-DA-FeNx/C催化剂在低压区具有较高的氮气吸附量，且吸附枝与脱附枝曲线比较重合，说明其含有图3不同温度热处理前后PmPDA-FeNx/C催化剂的XRD谱图(A)和氮气吸脱附等温线(B).a.原始催化剂；b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oCFig.3(A)XRDpatternsand(B)nitrogenadsorption/desorptionisothermsofthePmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdif-ferenthigh-temperatureheattreatments.a.Originalcatalyst;b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oC·403·
本文编号：3440792
【文章来源】：电化学. 2017,23(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
热稳定性测试前后PmPDA-FeNx/C催化剂的氧还原极oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=
陈驰等第4期：Fe/N/C氧还原催化剂的热稳定性及活性位结构图2高温热处理前后PmPDA-FeNx/C催化剂的TEM照片A.原始催化剂；B.T=1000oC；C.T=1100oC；D.T=1200oC；E.T=1300oC；F.T=1400oC；G.T=1500oCFig.2TEMimagesofPmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdifferenthigh-temperatureheattreatmentsA.Originalcatalyst;B.T=1000oC；C.T=1100oC；D.T=1200oC；E.T=1300oC；F.T=1400oC；G.T=1500oC纳米粒子(标准卡片39-1346)，该结果与TEM观察的结果一致.需要说明的是，在高温下，碳黑颗粒具有还原性，因此热处理过程中可能仅形成单质铁颗粒，而检测到的γ-Fe2O3则可能是在样品保存过程中，铁纳米颗粒被空气氧化后形成的.在1400oC和1500oC热处理的样品中，没有出现γ-Fe2O3的衍射峰，而是在45o左右出现新的衍射峰，表明在更高温度下，形成了Fe3C纳米粒子(标准卡片35-0772).同时可观察到这两个样品中在26o位置的衍射峰增强，对应于石墨烯(002)的特征峰，表明催化剂的石墨化程度显著提高，这也与TEM观察到的石墨烯结构相符.通过氮气吸脱附等温线分析催化剂的比表面积和孔结构等信息.如图3B所示，原始PmP-DA-FeNx/C催化剂在低压区具有较高的氮气吸附量，且吸附枝与脱附枝曲线比较重合，说明其含有图3不同温度热处理前后PmPDA-FeNx/C催化剂的XRD谱图(A)和氮气吸脱附等温线(B).a.原始催化剂；b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oCFig.3(A)XRDpatternsand(B)nitrogenadsorption/desorptionisothermsofthePmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdif-ferenthigh-temperatureheattreat
巳却?砉?讨锌赡芙鲂纬傻ブ?铁颗粒，而检测到的γ-Fe2O3则可能是在样品保存过程中，铁纳米颗粒被空气氧化后形成的.在1400oC和1500oC热处理的样品中，没有出现γ-Fe2O3的衍射峰，而是在45o左右出现新的衍射峰，表明在更高温度下，形成了Fe3C纳米粒子(标准卡片35-0772).同时可观察到这两个样品中在26o位置的衍射峰增强，对应于石墨烯(002)的特征峰，表明催化剂的石墨化程度显著提高，这也与TEM观察到的石墨烯结构相符.通过氮气吸脱附等温线分析催化剂的比表面积和孔结构等信息.如图3B所示，原始PmP-DA-FeNx/C催化剂在低压区具有较高的氮气吸附量，且吸附枝与脱附枝曲线比较重合，说明其含有图3不同温度热处理前后PmPDA-FeNx/C催化剂的XRD谱图(A)和氮气吸脱附等温线(B).a.原始催化剂；b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oCFig.3(A)XRDpatternsand(B)nitrogenadsorption/desorptionisothermsofthePmPDA-FeNx/Ccatalystsbeforeandafterdif-ferenthigh-temperatureheattreatments.a.Originalcatalyst;b.T=1000oC；c.T=1100oC；d.T=1200oC；e.T=1300oC；f.T=1400oC；g.T=1500oC·403·
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