| 氮化钨-钨/掺氮有序介孔碳复合材料的制备及其氧还原性能 |
| Preparation and Catalytic Activity for Oxygen Reduction Reaction of Tungsten Nitirde-Tungsten/Nitrogen Doped Ordered Mesoporous Carbon |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 郭虎 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 李玲慧 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 王涛 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 范晓莉 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 宋力 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 龚浩 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 夏伟 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 姜澄 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 高斌 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | | | 何建平 | 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016 | jianph@nuaa.edu.cn |
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| 摘要: 采用软模板法制备了氮化钨-钨/掺氮有序介孔碳复合材料（WN-W/NOMC），作为一种高比表面积且价格低廉的阴极氧还原反应催化剂。通过适量添加尿素来改变复合材料中的氮含量，在掺氮量为7%（w/w）时，实验发现材料能够保持完整有序介孔结构，测试其比表面积高达835 m2·g-1，透射电子显微镜（TEM）测试结果显示其催化颗粒均匀地分散在氮掺杂有序介孔碳载体上。在O2饱和的0.1 mol·L-1 KOH溶液中测试了材料的氧还原催化性能（ORR），显示其起始电位为0.87 V（vs RHE），极限电流密度为4.49 mA·cm-2，氧还原反应的转移电子数为3.4，接近于20%（w/w）商业Pt/C的3.8，说明该材料表现出近似4电子的氧还原反应途径。研究结果表明，WN-W/NOMC的催化性能虽然稍弱于商业铂碳（0.99 V，5.1 mA·cm-2），但其具有远超铂碳的循环稳定性和耐甲醇毒化能力。 |
| 关键词: 氮化钨 电催化 有序介孔碳 氧还原反应 燃料电池 |
| 基金项目: 国家自然科学基金（No.11575084，51602153）、江苏省自然科学基金（No.BK20160795）和江苏省高校优势学科建设工程（PAPD）项目资助。 |
| Abstract: Tungsten nitride-Tungsten/nitrogen doped ordered mesoporous carbon (WN/W-NOMC), as a non-precious-metal cathode catalyst for oxygen reduction reaction (ORR), was successfully synthesized through a soft-template method. The amount of nitrogen was adjusted by urea, and when the content of nitrogen was 7%(w/w), the obtained composite had highly ordered mesoporous structure, and its specific surface area reached to 835 m2·g-1. Transmission electron microscope (TEM) shows that the catalytic particles were uniform supported on NOMC. ORR test was conducted in O2-staturated 0.1 mol·L-1 KOH solution, the oneset potential is 0.87 V (vs RHE) and the limiting current density is 4.49 mA·cm-2. The transfer number of electron was 3.4, which was close to commercial 20%(w/w) Pt/C (3.8), indicated that WN-NOMC exhibited an approximate 4e- transfer pathway during the ORR process. Though the catalytic activity is less than Pt/C, the excellent methanol tolerance and long-time electrochemical stability make WN-W/NOMC to be a potential electrode catalyst for ORR. |
| Keywords: tungsten nitride electrocatalysis ordered mesoporous carbon oxygen reduction reaction fuel cells |
| 投稿时间：2018-07-18 修订日期：2018-09-17 |
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| 郭虎,李玲慧,王涛,范晓莉,宋力,龚浩,夏伟,姜澄,高斌,何建平.氮化钨-钨/掺氮有序介孔碳复合材料的制备及其氧还原性能[J].无机化学学报,2018,34(11):2032-2040. |
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