氮化鎢-鎢/摻氮有序介孔碳復合材料的制備及其氧還原性能

郭 虎 李玲慧 王 濤 范曉莉 宋 力 龔 浩夏 偉 姜 澄 高 斌 何建平

(南京航空航天大學材料科學與技術學院，江蘇省能量轉換材料與技術重點實驗室，南京 210016)

0 引 言

隨著經濟飛速發展，傳統能源急速消耗帶來的全球氣候問題和環境問題越來越嚴重，尋找新型的可再生清潔能源迫在眉睫。直接甲醇燃料電池(DMFCs)可以跳過傳統的燃燒過程，直接將化學能轉化為電能輸出，能源利用率高，環境友好[1-4]。在組成燃料電池的各部件中，陰極催化劑作為關鍵要素，用于催化遲滯緩慢的陰極氧還原反應[5-9]。當前商用的陰極催化劑的主要活性部分為金屬鉑，其價格昂貴、存量少并且容易被毒化失效，因此需要尋找一種廉價、高效的催化劑來代替商業鉑基催化劑[10-14]。

目前，非貴金屬催化劑主要有金屬和非金屬的氧化物、碳化物、氮化物和硫化物[15-17]，用于催化氧還原(ORR)[18-21]、甲醇氧化(MOR)[22]、氫析出(HER)[23]等反應。在金屬基催化劑中，過渡金屬鎢儲量豐富，價格相對于貴金屬鉑十分低廉，其對應的氧化物(氧化鎢)容易制備同時容易氮化，而由氧化鎢氮化得到的氮化鎢具有類鉑的電子排布，被譽為 “準鉑催化劑”[16-17]，因此可以以低廉的價格獲得較高的催化活性。

為提高材料的催化效率，需要將催化劑分散于碳載體材料的表面，常用的碳載體主要有：活性炭[18]，石 墨 烯[9]， 碳 納 米 管[15，20]和 有 序 介 孔 碳 等[10，14]。Chen[24]等通過水熱法，將二硫化鎢與石墨烯復合，所得材料具有薄層的二維結構，用于氧還原的催化，發現二硫化鎢在與石墨烯復合后，氧還原催化性能得到明顯提升?！?br>