鐵氮摻雜碳納米管/纖維復(fù)合物制備及其催化氧還原的效果

編號(hào)：CPJS05276

篇名：鐵氮摻雜碳納米管/纖維復(fù)合物制備及其催化氧還原的效果

作者：楊婷婷[1] ;朱能武[1,2] ;蘆昱[1] ;吳平霄[1,2]

關(guān)鍵詞：微生物燃料電池 陰極催化劑 鐵氮摻雜碳納米管/纖維復(fù)合物 氧還原反應(yīng) 低成本 擴(kuò)大化

機(jī)構(gòu)： [1]華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院,廣州510006; [2]工業(yè)聚集區(qū)污染控制與生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州510006

摘要： 陰極催化劑是影響微生物燃料電池（microbial fuel cell,MFC）性能的關(guān)鍵因素.通過研究制備成本低廉、氧還原反應(yīng)（ORR）催化活性高的陰極催化劑來替代Pt/C對(duì)于實(shí)現(xiàn)MFC規(guī)模化應(yīng)用具有重大意義.研究采用化學(xué)氣相沉淀法,以三聚氰胺作為碳氮前驅(qū)物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作為碳源,外加醋酸亞鐵作為鐵前驅(qū)物,合成了兩種鐵氮摻雜碳納米管/纖維復(fù)合物（FeNCB和FeNCC）,作為MFC的陰極催化劑.通過循環(huán)伏安法和旋轉(zhuǎn)圓盤-環(huán)電極分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差異,并用MFC驗(yàn)證其差異.結(jié)果表明,FeNCB性能與Pt/C相當(dāng),優(yōu)于FeNCC,其催化路徑是通過4電子途徑催化氧還原反應(yīng);MFC-FeNCB性能略優(yōu)于MFC-Pt/C,顯著優(yōu)于MFC-FeNCB有助于MFC的擴(kuò)大化,其最大功率密度為1 212.8mW·m^-2,開路電壓為0.875 V,電池穩(wěn)定電壓為（0.500±0.025）V.用X射線衍射、X射線光電子光譜、拉曼光譜等進(jìn)一步分析顯示,復(fù)合物中碳納米管管徑的大小、鐵氮摻雜的類型和含量以及氧含量是引起制備的復(fù)合物催化氧還原性能差異的原因所在.