热处理温度对钴卟啉负载碳黑电催化剂的结构及氧还原性能的影响

制备了钴卟啉负载碳黑催化剂(CoTMPP/BP2000)用于燃料电池阴极氧还原反应. 利用循环伏安法研究了200～900 ℃热处理温度对催化性能的影响. 研究结果表明, 热处理能够提高CoTMPP/BP2000的催化活性, 热处理温度为900 ℃时, 催化剂的氧还原能力最好. 利用紫外-可见光谱、透射电镜、红外光谱、热重分析及X射线光电子能谱等手段研究了热处理温度对催化剂结构的影响. 结果表明, 热处理改变了催化剂的活性中心结构, 400 ℃以上热处理使催化剂中钴卟啉环的结构坍塌, Co—N4键断裂; 900 ℃高温下形成了稳定的Co—Nx—C结构, 新的活性位使催化剂的氧还原能力得到提高.     

碳载体预处理对CoTMPP/BP电催化剂氧还原性能的影响

采用微波加热合成法制备了CoTMPP/BP电化学氧还原催化剂。采用旋转圆盘电极(RDE)研究了BP2000碳载体经30% H₂O₂或6 mol·L^-1 HNO₃化学预处理后对催化剂氧还原催化活性的影响，并且在PEM燃料电池工作站上测试了不同CoTMPP/BP催化剂的燃料电池单电池性能。结果表明，碳载体经过化学预处理后催化剂性能有显著的提高，并且30% H₂O₂处理效果更好。采用IR、XRD和XPS进一步分析了载体化学预处理对催化剂活性影响的机理：IR结果表明预处理后载体表面羟基(-OH)等含氧基团增多；XRD分析表明900℃热处理后催化剂中有Co₃C(101)和金属态Co(111)结构出现；XPS分析表明碳载体预处理后N原子表面浓度以及组分N1和Co^Ⅲ相对比例升高，有利于Co-N4-C活性位的形成，然而组分N1，O1s Co^Ⅲ和Co^Ⅱ的结合能(BE)有所下降。