CoMoNTiN催化剂的制备及其氧还原性能研究-广州大学学报（自然.PDF

第１５卷　第３期 广州大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．１５　Ｎｏ．３ 　２０１６年　６月　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｎ．　２０１６ 文章编号：１６７１４２２９（２０１６）０３００３４０５ ＣｏＭｏＮ／ＴｉＮ催化剂的制备及其氧还原性能研究 陈胜洲，范淑慧，黄秋婵，邹汉波，左建良 （广州大学 化学化工学院，广东 广州　５１０００６） 摘　要：以改进的溶胶凝胶法将Ｃｏ、Ｍｏ混合氧化物负载在纳米氮化钛上，经程序升温氨还原得到催化剂 Ｃｏ ＭｏＮ／ＴｉＮ，并使用ＸＲＤ、ＥＤＳ、ＣＶ、ＲＤＥ等方法对催化剂的结构及氧还原性能进行测试．结果显示，热处理温度 为６５０℃时制得的催化剂ＣｏＭｏＮ６５０的氧还原催化活性最好，其氧还原起始电位为０３７２Ｖ（ｖｓ．ＳＣＥ），在转 －２ 速为２０００ｒｐｍ时极化电流密度达２２１ｍＡ·ｃｍ ，并得到了该催化剂上氧还原反应的转移电子数为２６，说明 ＣｏＭｏＮ６５０催化的氧还原反应主要按二电子路径进行． 关键词：氮化钛载体；非贵金属；氧还原催化剂 中图分类号：ＴＭ９１１４　　　文献标志码：Ａ 　　质子交换膜燃料电池具有能量转换率高、绿色环 铂，而关于非贵金属的研究未见报道． 保、快速启动等优点，可实现二氧化碳、一氧化氮等气体 因此，本文中首次采用纳米氮化钛作为载体，负载 的零排放，是环境友好的高效清洁能源．目前，碳载铂基 钴钼氮化物作为酸性介质中的氧还原催化剂．一方面， 催化剂被认为是最高效的氧还原催化剂，但其高昂的价 纳米氮化钛的电化学稳定性与氮化钛纳米纤维相当，另 格及产量的缺乏，加之碳载体在长时间的使用中稳定性 一方面，纳米氮化钛的制作工艺成熟且质量稳定，已实 的不足，使得碳载铂基催化剂的商业化进程一直受 现了工业化的大规模生产．而氮化钛纳米纤维以钛酸异 阻［１－５］．为了寻找活性高、稳定性好并且价格低的氧还 丙酯为原料，经一系列复杂的处理过程后才能得到，增 原催化剂，许多科研工作者开展了大量的研究工作． 加了制备的难度和周期．因此，在载体性能相当的前提 其中，碳载过渡金属氮化物（ＭＮＣ）是长期以来研 下，为了精简过程，本文通过改进的溶胶凝胶法，将钴钼 究的热点，也是被认为最具前景的非贵金属氧还原催化 混合氧化物直接负载在纳米氮化钛上，进而通过程序升 剂［６－９］．ＷＵ课题组成功制备出了一系列的介孔 ＣＮＣｏ 温氨还原的方法得到目标催化剂． ［７］ 和ＣＮＦｅ催化剂 ，这些催化剂均具有良好的氧还原活 性（半波电势达０７９Ｖ），以及高选择性（电子转移数目 １　实验部分 大于３９５），同时在酸性介质中的电化学稳定性非常好． 近年来，具有良好抗氧化性、耐腐蚀性和导电性的 １．１　试剂与仪器 氮化钛备受关注，越来越多的研究用其来代替碳黑作为 硝酸钴（Ｃｏ（ＮＯ） ·６ＨＯ，天津市大茂化学试 ３ ２ ２ 质子交换膜燃料电池催化剂的载体，并取得了较好的效 剂），仲钼酸铵（（ＮＨ）ＭｏＯ ·４ＨＯ，天津市大茂化 ４ ６ ７ ２４ ２ ［１０－１２］ ［１２］ 果 ．ＫＩＭ等 以氮化钛纳米纤维为载体，负载贵 学试剂）纳米氮化钛（２０ｎｍ，Ａｌｄｒｉｃｈ化学公司），氨水 金属铂，所得的催化剂在０１Ｍ高氯酸溶液中的电化学 （２５％，