物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (9): 2008017.doi: 10.3866/PKU.WHXB202008017
所属专题: 燃料电池
韩洪仨, 王彦青, 张云龙, 丛媛媛, 秦嘉琪, 高蕊, 柴春晓, 宋玉江()
收稿日期:
2020-08-06
录用日期:
2020-09-02
发布日期:
2020-09-04
通讯作者:
宋玉江
E-mail:yjsong@dlut.edu.cn
作者简介:
Yujiang Song, Email: yjsong@dlut.edu.cn; Tel.: +86-411-84986485基金资助:
Hongsa Han, Yanqing Wang, Yunlong Zhang, Yuanyuan Cong, Jiaqi Qin, Rui Gao, Chunxiao Chai, Yujiang Song()
Received:
2020-08-06
Accepted:
2020-09-02
Published:
2020-09-04
Contact:
Yujiang Song
E-mail:yjsong@dlut.edu.cn
Supported by:
摘要:
碳基非金属氧还原(ORR)电催化剂的研究近年来发展迅速,通过掺入杂原子等方法虽获得了一定的ORR活性,但仍需进一步提高。以此类电催化剂为基体,引入更多的活性位点,有可能获得更好的ORR活性。本文首先以带负电荷的SiO2纳米球通过静电作用吸附带正电荷的质子化苯胺分子,再通过聚合反应实现聚苯胺(PANI)对SiO2纳米球的包覆,之后将四甲氧基苯基铁卟啉(FeP)沉积在PANI表面,经高温热解,并去除SiO2模板,得到了一种新型的多孔ORR电催化剂。在0.1 mol·L-1 KOH水溶液中,电催化剂的ORR半波电位达0.843 V (vs.可逆氢电极(RHE)),优于文献报道的大部分碳基非金属ORR电催化剂,与商业Pt/C相近。显著提高的ORR活性可能源于孔结构(平均孔径18 nm,孔容1.1 cm3·g-1)、高比表面积(687.5 m2·g-1)和高氮含量(6.4%)。在加速耐久性测试中,电催化剂的ORR半波电位衰减25 mV,与其它碳基非金属ORR电催化剂相当,且远优于商业Pt/C (衰减74 mV)。另外,电催化剂应用于氢氧根交换膜燃料电池(HEMFC)时的单池峰值功率密度达42 mW·cm-2。
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表1
多孔FeP/PANI电催化剂制备参数"
Electrocatalysts | FeP Loadings (%) | SiO2 Diameters (nm) | Pyrolysis Temperatures (℃) |
20%FeP/PANI-18-600 | 20 | 18 | 600 |
20%FeP/PANI-18-700 | 20 | 18 | 700 |
20%FeP/PANI-18-800 | 20 | 18 | 800 |
20%FeP/PANI-18-900 | 20 | 18 | 900 |
0%FeP/PANI-18-700 | – | 18 | 700 |
10%FeP/PANI-18-700 | 10 | 18 | 700 |
30%FeP/PANI-18-700 | 30 | 18 | 700 |
40%FeP/PANI-18-700 | 40 | 18 | 700 |
50%FeP/PANI-18-700 | 50 | 18 | 700 |
40%FeP/PANI-80-700 | 40 | 80 | 700 |
40%FeP/PANI-180-700 | 40 | 180 | 700 |
表2
非贵金属/非金属多孔电催化剂在0.1 mol·L?1 KOH水溶液中的ORR活性"
Electrocatalysts | E1/2(V vs. RHE) | Loadings on RDE (mg?cm?2) | References |
CoFe/SNC-25 | 0.843 | 0.34 | Appl. Catal. B 2020, 269, 118771 |
Fe-NHPC-8 | 0.850 | 0.26 | J. Power Sources 2020, 448, 227443 |
S@CM-1000 | 0.760 | 0.60 | Carbon 2020, 156, 514 |
N-Co-Mo-GF/CNT | 0.830 | 0.20 | ACS Catal. 2020, 10, 4647 |
Co, N-PCL | 0.846 | 0.20 | Appl. Catal. B 2019, 246, 322 |
Fe3C@P-PCFs | 0.802 | 0.46 | J. Mater. Chem. A 2019, 7, 17923 |
Co/N-PCNF | 0.835 | 0.29 | ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 1384 |
N/E-HPC-900 | 0.850 | 0.26 | Adv. Mater. 2019, 31, 1900341 |
NSCF3c248 | 0.810 | 0.20 | Small 2018, 14, 1803500 |
CF-K-A1100 | 0.835 | 0.40 | Small 2018, 14, 1800563 |
N, F-Carbon-1000 | 0.840 | 0.25 | ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 32859 |
NPCN-900 | 0.780 | 0.20 | Carbon 2017, 122, 64 |
N-GRW | 0.840 | 0.60 | Sci. Adv. 2016, 2, e1501122 |
40%FeP/PANI-18-700 | 0.843 | 0.60 | This work |
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