肖周荣 侯 放 张香文,2 王 莅,2 李国柱＊,,2

(1天津大学化工学院，天津 300072)(2天津化学化工协同创新中心，天津 300072)

0 引 言

燃料电池、金属-空气电池因其能量转换效率高且清洁无污染被认为是最有应用前景的能源转换技术[1-2]。然而，电池的阴极氧还原存在着动力学缓慢、还原过电势太大等问题，这很大程度上降低了电池的使用效率[3]。引入催化剂提升反应速率从而降低氧还原的过电势是一种有效地提高电池效率的方法。商用Pt贵金属是最常用的阴极催化剂[4]，但是Pt基催化剂因其资源有限、价格昂贵而大大增加了燃料电池的成本，且Pt基催化剂的稳定性及抗甲醇毒化能力较弱，难以满足工业级大规模的应用[5]。因此，开发低成本、原料丰富、活性及稳定性高的非贵金属基催化剂来提升氧还原速率、降低燃料电池成本就显得尤为重要。

氮掺杂的碳材料由于其制备成本相对较低、资源来源丰富、导电性高及稳定性好而备受科研工作者的关注[6]。此外，进一步引入过渡金属(如Fe、Co、Ni)，形成过渡金属氧化物、氮化物、碳化物或者是两者的复合物能较大程度上提高氧还原性能[3,7-9]。其中引入Fe基过渡金属是一种常用的策略，因为其价态可变及可形成多种类型的活性物种(Fe、FeOx、FexC、Fe-Nx)[9]。例如，我们课题组通过在多壁碳纳米管上引入不同类型的过渡金属(Fe、Co、Mn、Ni)实现了氧还原性能的提升[10]。但是，载体碳纳米管因其相对较小的比表面，活性组分的分散不均匀，导致其氧还原活性并不能和商用Pt匹敌。……