酸处理对FeN/ZIF-8催化剂氧还原反应催化性能的影响

摘要

研发高性能、低成本的非贵金属阴极氧还原反应催化剂是目前质子交换膜燃料电池的主要研究方向之一。以1,10-菲啰啉为氮源,FeSO_(4)·7H_(2)O为铁源,考察以ZIF-8为载体制备的FeN/ZIF-8催化剂的氧还原反应催化性能,并探究酸处理对FeN/ZIF-8催化剂结构及性能的影响。通过X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜等物理表征手段对催化材料进行结构表征,使用旋转圆盘电极对催化剂氧还原反应催化活性和稳定性进行测试。结果表明:以ZIF-8为载体制备的催化剂含有Fe_(3)C,以及具有较大的比表面积,这可能是催化剂具有较高氧还原反应初始催化活性的原因。酸处理可去除催化剂中部分不稳定的含铁碳化物和无序碳结构,使催化剂具有更大的比表面积、更丰富的介孔结构和更高的孔体积;同时,酸处理可提高碳基体的耐腐蚀性,在老化测试中维持催化剂所具有的较高比表面积和丰富的介孔结构,从而使FeN/ZIF-8-A催化剂表现出更好的氧还原反应活性和稳定性。