李良伟,陈胜洲,林维明,2

(1.广州大学化学化工学院,广东广州 510006;2.华南理工大学化学与化工学院,广东广州 510640)

质子交换膜燃料电池(PEMFC)非贵金属氧还原催化剂的研究集中在氮掺杂碳材料负载过渡金属、复合金属氧化物及Chevrel相催化剂等方向。碳载体中的氮含量[1]和孔结构对催化剂的活性和稳定性影响较大[2-3],目前使用最多的碳材料载体是炭黑,如Vulcan XC-72。炭黑是无定形微孔材料,会导致反应物不能与部分活性组分充分接触,活性组分利用不完全[4]。R.W.Pekala等[5]以三聚氰胺、甲醛为原料,制备三聚氰胺-甲醛(MF)含氮碳气凝胶(MF-CA),其含氮量较高、比表面积较大,较集中且适宜的孔径分布,可提高负载粒子的分散性,三维立体结构可为反应物提供良好的传质通道。MF-CA单独或作为催化剂载体,均对氧还原反应有催化活性[6],但制备条件要求严格,凝胶时间较长。陈胜洲等[7]以三聚氰胺、甲醛为单体,硝酸钴为金属前驱体,在酸性条件下直接固化,再碳化,得到的氮掺杂碳气凝胶负载钴(Co-CA-N)催化剂,具有一定的电化学活性。尚承伟等[8]用间苯二酚来改性MF含氮气凝胶,缩短了MF的凝胶时间。

本文作者将间苯二酚改性后的碳气凝胶作为氧还原催化剂,采用操作简便的冷冻干燥法,使用表面张力小、饱和蒸汽压低的叔丁醇[9]进行溶剂置换,制备出介孔气凝胶,在氮气保护下高温碳化,制备三聚氰胺-间苯二酚-甲醛(MR)含氮碳气凝胶(MR-CA)。考察了间苯二酚对MF-CA结构和活性的影响,对催化剂孔结构进行分析,对催化剂的氧还原活性进行测试。……