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Fe2N/氮摻雜類石墨烯復合體的制備及其氧還原性能

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非貴金屬氮摻雜碳氮化鐵燃料電池氧還原反應

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燃料電池具有能量密度高、轉換效率高以及環境友好等優點，因此被認為是最有前景的能量轉換裝置。陰極氧還原反應(oxygenreductionreaction，ORR)動力學比較緩慢，它是決定燃料電池性能的關鍵[1]。目前為止，貴金屬Pt和Pt基合金是最有效的氧還原催化劑[2]。然而，由于貴金屬Pt的價格昂貴、耐久性差、資源匱乏，限制了燃料電池的商業化應用。因此，當前研究者致力于開發廉價的非貴金屬ORR催化劑。目前，廉價的非貴金屬催化劑，例如過渡金屬螯合物、N-摻雜的碳材料（N-CNTs、N-石墨烯等）以及N-配位的金屬催化劑（Fe或者Co與N-摻雜的碳材料配位）等，具有優異的ORR電催化活性、較好的耐久性以及環境友好等特點，具有潛在的應用前景。通常，這些過渡金屬催化劑是通過熱解大環化合物(例如Co(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)的酞菁或卟啉化合物）與炭黑的復合物而制得的[3]。盡管這些催化劑已經被研究者深入研究，但是金屬大環化合物的昂貴價格，并且炭黑在800qC以上的高溫會發生氣化（特別是在NH。氣氛下），會導致這類催化劑在實際應用中受限[4]。因此，有必要發展一種有效、低成本的方法合成高活性、高穩定性的非貴金屬氧還原反應的催化劑。我們發展了一種離子交換路線合成Fe2N納米粒子與氮摻雜石墨化碳復合體(Fe2N/NGS)的方法，這種復合體可以作為ORR的高效催化劑。由于本實驗中采用離子交換樹脂作為碳源，它的骨架中具有豐富、均一的孔道，因此可以使功能性金屬離子很好地分散在骨架中。結果表明，合成的FelN/NGS具有優異的ORR活性。這種簡單、廉價的方法合成的非貴金屬催化劑的活性要高于其它鐵化合物／氮摻雜石墨烯復合體催化劑。

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liu

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2013-10-16 15:51:34

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