高温处理对碳载吡啶钴催化氧还原性能的影响

利用碳黑(Vulcan XC-72R)中加入硫酸钴和吡啶(Py)作为催化剂前躯体,经溶剂分散热处理构建了一类新型的高效氧还原CoPy/C复合催化剂.运用循环伏安法和旋转圆盘电极(RDE)技术研究了不同温度(600～900℃)处理CoPy/C催化剂在碱性介质中对氧还原的电催化性能.结果表明,热处理能显著提高CoPy/C的催化活性,活性次序为800℃>900℃>600℃>未处理.其中800℃处理的15%Co25%Py/C(质量分数)复合催化剂表现出最佳的氧还原催化性能,以其制备的气体扩散电极在3.0 mol/L KOH电解质溶液(O2气氛)中的半波电位为-0.069 V(相对于标准可逆氢电极),起峰电位为0.026 V,同时表现出明显的极限扩散电流.利用透射电镜、能谱分析和X射线衍射技术对催化剂的微观形貌、颗粒大小和活性位结构的研究结果表明,所制备的碳黑负载吡啶钴催化剂(15%Co25%Py/C)平均粒径为17 nm,经800℃处理后吡啶结构发生了坍塌,形成了其它价态的钴氧化合物、硫化物和单质钴,并协同吡啶中的氮对氧起催化还原作用.RDE结果表明,O2在CoPy/C催化剂上的反应动力学主要通过4e-过程还原成H2O.