铁前驱体对FeN/ZIF-8催化剂氧还原活性的影响

郑秋燕，杨 智，李茂辉，潘廷仙，秦好丽，田 娟

(1 贵州师范大学 化学与材料科学学院，贵阳 550001；2 贵州省功能材料化学重点实验室，贵阳 550001)

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)作为燃料电池的一种，因其能将储存在燃料和催化剂内的化学能直接转换为电能，不污染环境，不被卡诺循环所控制，并且具有噪声低、可于常温启动等优点，被应用于军事、航天等特殊领域[1-3]。然而，PEMFC中的阴极氧还原反应(ORR)电催化剂大都为铂基催化剂[4-9]，铂价格昂贵且储量有限，限制了PEMFC商业化的发展，用非贵金属催化剂替代铂基催化剂是研究的热点之一[10-16]。在众多非贵金属催化剂中，M-N-C类催化剂表现出较好的活性和稳定性，有望代替PEMFC中所使用的阴极铂基催化剂。碳载体作为M-N-C类催化剂的重要组成部分，直接影响催化剂的比表面积、孔结构、导电性、活性及稳定性等。近年来，类沸石咪唑骨架(ZIF-8)因其具有比表面积大、孔道结构规则、化学稳定性好等优点引起了人们的广泛关注[17-22]。Kida等[23]用2-甲基咪唑和六水合硝酸锌在水相中合成了ZIF-8晶体，为后面ZIF-8的制备提供了新的思路。Wang等[24]通过一步热处理直接将Fe-ZIF-8转化为具有3D多孔结构和高度分散活性位点的Fe/N/C催化剂，在酸性条件下具有优异的氧还原起始电位和半波电位，但由于其缺少部分物相表征，难以分辨活性位点。Deng等[25]以ZIF-8为载体，制备了Fe/N/C催化剂发现，Fe的掺杂有利于形成形貌清晰、尺寸可调、粒子分散性好以及高催化活性的氧还原催化剂。

由于ZIF-8具有特殊的结构性能，可作为碳载体，经过不同处理获得具有良好催化性能的阴极ORR催化剂，其中，催化剂前驱体的种类、组成、工艺条件等对所获得催化剂的性能有着明显影响。……