鐵/氮共摻雜石墨烯的制備及氧還原催化活性

摘要：為提高直接甲醇燃料電池(DMFC)的氧還原反應(yīng)動力學(xué),減少商用Pt/C催化劑的使用,本工作提出將鐵/氮共摻雜石墨烯(Fe/NG)作為DMFC的氧還原催化劑,并研究了Fe/NG的制備方法和催化活性。首先,通過水熱法處理吸附有鐵離子的聚苯胺/氧化石墨烯,并分別在700℃、800℃和900℃對其進行熱處理,得到Fe/NG-700、Fe/NG-800和Fe/NG-900三種催化劑。然后,采用X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)對三種Fe/NG催化劑進行表征,確定了鐵元素以鐵單質(zhì)和四氧化三鐵兩種形式存在,氮元素以吡啶氮和石墨氮為主。最后,在氧飽和的0.1 mol/L KOH堿性體系中,采用循環(huán)伏安法(CV)、旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)、旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極(RRDE)研究了三種Fe/NG催化劑的ORR催化機理,證明Fe/NG-700、Fe/NG-800、Fe/NG-900催化四電子過程中,雙氧水產(chǎn)率保持接近0。Fe/NG-700、Fe/NG-800、Fe/NG-900具有與20%Pt/C相當(dāng)?shù)拇呋钚院脱h(huán)穩(wěn)定性,更優(yōu)異的抗甲醇毒化能力,是一種潛在的直接甲醇燃料電池催化劑。