锌活化Fe/Co/N掺杂的生物质碳基高效氧还原催化剂

摘要

为了推动清洁能源-燃料电池的广泛应用,迫切需要研发成本低、原料来源广泛的过渡金属基高效氧还原反应(ORR)催化材料,来替代目前使用的贵金属铂基催化材料.本文以铁和钴等非贵金属离子作为催化材料的主要活性位点,通过金属-羧基/羟基螯合键原位预锚定在具有三维(3D)孔道结构、富含羧基和羟基以及极易在水溶液中形成凝胶网络的海洋生物质材料海藻酸钠上,经冷冻干燥得到气凝胶;然后通过高温碳化,得到活性位点均匀分布在具有多级孔结构的碳骨架中的高活性、高稳定的Co/Zn/Fe/N@bio-C-2氧还原催化剂材料,该催化剂包含2种不同的铁基活性材料(Fe_(2)O_(3)和Fe)以及2种不同的钴基活性材料(CoO和Co).利用硝酸锌作为活化剂来改善催化材料的孔道结构,使制备碳材料的总面积从149.3 m^(2)/g增加到325.3 m^(2)/g.通过一系列对比实验发现,Fe/Co双活性位点与合适比表面积的协同作用使得Co/Zn/Fe/N@bio-C-2获得了最佳的ORR催化活性.其在0.1 mol/L KOH溶液中起始电位达到0.99 V,半波电位可达0.87 V.