铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

来源：环境科学杂志2016年第1期北京时间：

作者：杨婷婷,朱能武,芦昱,吴平霄

单位：华南理工大学环境与能源学院, 广州 510006,华南理工大学环境与能源学院, 广州 510006,工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室, 广州 510006,华南理工大学环境与能源学院, 广州 510006,华南理工大学环境与能源学院, 广州 510006,工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室, 广州 510006

摘要：阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应; MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1212.8 mW ·m-2,开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025) V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.

关键词：微生物燃料电池,阴极催化剂,铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物,氧还原反应,低成本,扩大化,