段广彬 房雅婷 董凯 姜媛媛 陈传霞 倪朋娟 逯一中

摘 要 开发成本低廉、性能优良的阴极氧还原电催化剂，替代昂贵的铂基催化剂， 一直是燃料电池研究中的热点和难点，也是实现燃料电池商业化的关键之一。碳纳米材料负载过渡金属大环配位分子作为氧还原催化剂具有成本低、活性较高、导电性能好、稳定性高等优点。本研究利用维生素B12 （VB12）中心的Co-Nx环状结构，以VB12作为活性位点的前驱体，以碳纳米管（CNT）为碳载体，通过高温热解制备了CNT-VB12复合材料。对此复合材料的形貌和组成进行了表征，并对其在碱性条件下的氧气还原电催化活性、稳定性及抗干扰性进行了分析。结果表明， CNT-VB12材料表现出高的氧还原反应（ORR）电催化活性。动力学研究结果表明，此复合材料通过几乎完全的4电子转移过程催化氧气还原为水，并且具有优于商业Pt/C的抗甲醇干扰性及稳定性，是一种有良好实际应用前景的燃料电池非贵金属氧还原电催化剂。

关键词 碳纳米管; 维生素B12; 氧还原反应; 电催化剂

1 引 言

随着化石燃料的不断消耗，环境污染和能源枯竭等问题成为人类面临的严峻挑战[1]。燃料电池具有高效的能量转化、生态友好等特点，引起人们的广泛关注[2，3]。直接甲醇燃料电池（DMFC）由于其燃料来源丰富、储存运输方便，被认为是最有可能实现商业化应用的燃料电池之一[4～6]。目前，燃料电池电催化剂发展的瓶颈在于阴极缓慢的氧气还原反应（ORR）。尽管铂催化剂通常用做阴极氧还原的催化剂，并表现出高的催化效率，但是依然存在一些严重问题，如使用过程中活性下降、交叉效应及毒化效应[7～10]; 且铂资源有限，成本过高，而且耐甲醇性差，这些都制约了其大规模商业化生产。……