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质子交换膜燃料电池(PEMFCs)具有启动快,比功率高,无污染等优点,是一种理想的清洁能源转换装置。尽管如此,受两大因素制约,PEMFCs技术仍处于开发阶段。一是昂贵的材料价格和组装工艺,如采用Pt催化剂和质子交换膜,导致PEMFCs总体成本是传统热机的10～20倍;二是催化剂的活性低、稳定性差以及铂基催化剂易CO中毒。因此,发展非铂催化剂来代替Pt基催化剂对加快PEMFCs技术的大规模使用具有非常重要的意义。近年来,非铂碳基催化剂由于具有较高的活性和稳定性已开始受到人们的关注,而过渡金属-氮-碳催化剂(M-N-C)(M=Fe、Co、Ni、Cu及Cr等)由于具有原料来源丰富、成本低以及良好的催化活性和稳定性被认为是最有潜力的阴极催化剂之一。本文采用化学氧化法在苯胺聚合过程中分别加入铁盐和不同阴离子基团的钴盐,合成出不同的聚苯胺-金属(PANI-M,M为Fe或Co)配位聚合物,然后将PANI-M聚合物作为前驱体在N2气氛中900℃热处理制备得到氮掺杂的Fe-N-C 或 Co-N-C 碳基催化剂。运用 TEM、SEM、XRD、XPS、Raman 等手段分析Fe-N-C或Co-N-C催化剂的形貌、结构、化学组成及化学价态,并结合电化学测试结果研究不同球磨时间对Fe-N-C催化剂电催化活性的影响,以及Co盐中阴离子基团对Co-N-C催化剂结构及催化性能的影响。主要研究结果如下:(1)球磨时间会对Fe-N-C催化剂的石墨化程度,表面元素的含量和元素的化学态产生很大的影响,随着球磨时间的增加Fe-N-C催化剂的活性随之增加,当球磨时间增大到90min时Fe-N-C催化剂具有最好的催化活性,再继续增加球磨时间活性反而会下降。(2)Co盐的阴离子基团对Co-N-C催化剂的形貌影响不大,但对Co-N-C催化剂中表面元素的含量、碳结构、石墨化程度以及Co的价态影响较大,并且Co盐中的阴离子基团会影响Co-N-C催化剂的电催化活性,其氧还原(ORR)活性按照:(C2H302)22->C122->(NO3)22->SO42->C2O42-顺序降低。(C2H302)22-和 Cl22-阴离子制备的Co-N-C催化剂具有较高的ORR活性,可能源于含有较高的石墨氮和吡啶氮。