湖沥青基ORR电催化剂的制备、表征与性能研究

吴书君，吴艳玲，赵 岩，李绍喆

（1.菏泽交通投资发展集团有限公司，山东 菏泽 274000；2.山东交通学院 交通土建工程学院，山东 济南 250357）

引言

近年来，燃料电池汽车成为我国新能源汽车的重要发展方向，而阴极氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction, ORR）是燃料电池中最为核心的反应之一[1-2]。目前商业化的ORR催化剂主要为贵金属催化剂，如Pt/C催化剂。贵金属催化剂具有良好的催化活性和导电性，但稳定性较差、资源稀缺[3]。因此，开发低成本、高活性、高稳定性的非贵金属ORR催化剂是推动绿色能源发展的关键。

作为炼油过程的副产品，石油沥青由于其高黏度和疏水性常用于基础铺路和建筑行业。石油沥青富含大型环状芳族化合物，可以在热处理下容易交联和碳化，从而形成多孔碳、碳纳米片、碳纤维和其他功能性碳材料[4-5]。具有多孔结构和高石墨化程度的石油沥青基碳材料可作为催化活性物质的合适底物[6-8]。通过合理的材料结构设计，可以开发出低成本高产的高效石油沥青沥青ORR催化剂[9]，但目前将沥青基材料应用于ORR中的研究还相对较少。ZHAO[10]用MgO作模板，首先在其外围锚定一层Fe前驱体，再将石油沥青旋涂在Fe-precursor-MgO外层，制备出Fe-precursor-MgO@PA复合材料，随后将其进行高温热解，获得了一种ORR催化剂（命名为Fe-N-C@PA），并与Fe-N-C催化剂对比，发现加入适量的石油沥青不仅提高了石墨化程度，还增强了Fe-Nx位点的活性。ZHANG[11]以煤焦油沥青为碳源，采用两步碳化法合成了具有多级孔结构、高度有序的Co-N掺杂的碳基电催化剂（命名为ACTP5@Co,N-800）。该催化剂在碱性条件下表现出比工业Pt/C催化剂更好的ORR性能，同时提高了析氢反应（Oxygen Evolution Reaction, OER）活性，为石油沥青基材料的高附加值利用提供了新的途径。……