铁/氮共掺杂石墨烯的制备及氧还原催化活性

来源期刊：材料导报2020年第2期

论文作者：朱广彬 边志成 何雨林 李前进 郭路路 罗志虹 罗鲲

文章页码：2010 - 2016

关键词：氧还原反应;铁/氮共掺杂石墨烯;四电子过程;稳定性;耐甲醇毒化;

摘    要：为提高直接甲醇燃料电池（DMFC）的氧还原反应动力学,减少商用Pt/C催化剂的使用,本工作提出将铁/氮共掺杂石墨烯（Fe/NG）作为DMFC的氧还原催化剂,并研究了Fe/NG的制备方法和催化活性。首先,通过水热法处理吸附有铁离子的聚苯胺/氧化石墨烯,并分别在700℃、800℃和900℃对其进行热处理,得到Fe/NG-700、Fe/NG-800和Fe/NG-900三种催化剂。然后,采用X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）对三种Fe/NG催化剂进行表征,确定了铁元素以铁单质和四氧化三铁两种形式存在,氮元素以吡啶氮和石墨氮为主。最后,在氧饱和的0. 1 mol/L KOH碱性体系中,采用循环伏安法（CV）、旋转圆盘电极（RDE）、旋转环盘电极（RRDE）研究了三种Fe/NG催化剂的ORR催化机理,证明Fe/NG-700、Fe/NG-800、Fe/NG-900催化四电子过程中,双氧水产率保持接近0。Fe/NG-700、Fe/NG-800、Fe/NG-900具有与20%Pt/C相当的催化活性和循环稳定性,更优异的抗甲醇毒化能力,是一种潜在的直接甲醇燃料电池催化剂。