金属卟啉修饰的多孔聚苯胺基氧还原电催化剂

韩洪仨，王彦青，张云龙，丛媛媛，秦嘉琪，高蕊，柴春晓，宋玉江

大连理工大学化工学院，精细化工国家重点实验室，辽宁 大连 116024

1 引言

氧还原(ORR)在很大程度上影响着燃料电池的性能1,2。目前最常用的ORR电催化剂是商业Pt/C，但由于金属Pt的资源稀缺和价格昂贵，越来越多的研究者致力于开发非贵金属或非金属电催化剂3-5。其中，掺杂碳非金属电催化剂近年发展迅速，已成为一个研究热点6。杂原子的掺入调变了碳材料原有的电子云分布，产生了有利于氧分子吸附和还原的活性位点，能够赋予碳材料ORR活性7。

2009年，Dai等8报道了垂直排布的氮掺杂碳纳米管阵列非金属电催化剂，结合理论计算，Dai提出掺杂在石墨晶格中的氮原子会导致其相邻碳原子显示正电性，增强该碳原子对氧气分子的吸附能力，进而形成了ORR活性位点。这项研究引起了广泛关注，推进了杂原子，尤其是氮原子掺碳非金属ORR电催化剂的快速发展。Wong等9制备了的聚吡咯/氧化石墨烯复合材料，经过高温热解，得到了氮掺杂多层石墨ORR电催化剂，比表面积为370 m2·g-1，电催化剂氮含量为2%-3%。Yu等10利用细菌纤维素为前驱体，经过两次热处理，制备了氮掺杂碳纳米纤维气凝胶电催化剂，电催化剂氮含量为5.8%。Li等11以2,4,6-三吡咯-1,3,5-三嗪为单体进行聚合反应，制备了网状含氮聚合物前驱体，热解后电催化剂氮含量为3.02%。

经过十余年的发展，掺杂碳非金属电催化剂的研究逐渐深入12。其中只有少数电催化剂性能优异，大部分掺杂碳电催化剂的活性仍有待提高7,13。……