铁氮掺杂对石墨烯担载铂催化剂氧还原反应活性的影响

高氧还原活性担载铂催化剂的研发是加快质子交换膜燃料电池商业化进程的主要手段之一。以石墨烯为碳源,1,10-菲啰啉为氮源,FeCl3为铁源,用浸渍法制备铁氮掺杂石墨烯(FeN-G)载体,并通过乙二醇还原法获得Pt/FeN-G催化剂,探究铁氮原子的引入对石墨烯担载铂催化剂氧还原反应(ORR)催化活性的影响。采用X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、X射线光电子能谱等表征手段对载体及催化剂结构进行表征,使用电化学方法对载体和催化剂的ORR活性进行测试。结果表明,Pt/FeN-G催化剂的氧还原反应起始电位及半波电位分别为0.96V和0.83V,优于相同Pt担载量的商业20%Pt/C催化剂。改性石墨烯载体在热处理过程中获得更高的介孔含量,这更有利于ORR过程中生成物与反应物的传递,Pt/FeN-G催化剂中存在吡啶氮和Fe-N型氮与铂纳米颗粒的协同催化,以及铂纳米颗粒与铁氮掺杂石墨烯载体间的相互作用,是Pt/FeN-G催化剂具有优异的ORR催化活性的可能原因。

粉末X射线衍射鉴定一种重整催化剂的晶体物相

采用粉末X射线衍射(PXRD)鉴定了一种载担型铂催化剂的晶体物相,并应用化学计量学峰形拟合法和Scherrer法计算了其中铂的晶粒尺寸。其主要物相鉴定结果为:铂(Pt)、氧化铝(γ-Al2O3)。Pt(111)晶面晶粒尺寸为10.4nm。X射线荧光光谱(XRF)分析该催化剂中Pt的质量分数为0.25%。