催化剂是燃料电池正常运行的关键材料之一,以铂为主的贵金属催化剂价格昂贵,严重制约了低温燃料电池的商业化;阴极氧还原反应过电位较大,极大地限制了燃料电池的性能和寿命。因此,研究和开发价格低廉、高活性和高稳定性的非铂阴极催化剂成为近年来催化剂研究的主要方向。碳载钴聚吡咯催化剂具有良好的稳定性,但催化活性相对较低。为了获得高氧还原活性,本论文以乙酸钴为钴源,聚吡咯为氮源,商用炭黑为碳载体制备碳载钴聚吡咯催化剂,深入探讨了钴载量、氮碳比、掺杂剂种类与数量以及热处理时间等对催化活性的影响,并重点考察了掺杂剂中硫元素的引入对催化剂氮含量、孔径分布和碳载体石墨化程度的影响。通过设计正交试验,优化了合成参数,制备出高催化活性的热解碳载钴聚吡咯阴极催化剂。　　 结果发现,分别引入十二烷基苯磺酸钠、对甲苯磺酸钠及苯磺酸钠三种掺杂剂,催化剂的转移电子数均由未掺杂的2.7提高到3.1。同时,掺杂剂的引入降低了催化剂的微孔面积,但延长热处理时间可以提高催化剂的微孔面积。由于掺杂剂中含有的硫元素与碳结构的相互作用,不仅增加了催化剂中的氮含量,而且提高了碳载体的石墨化程度,其中苯磺酸钠掺杂的催化剂氧还原活性最好,氮含量增加了31％,碳载体石墨化程度提高了8.71％,微孔面积仅减少4.70％。　　 通过正交试验得到的催化剂最佳合成参数为:钴载量为5％,氮碳质量比为3:1,苯磺酸钠与吡咯的摩尔比为1:2,热处理时间为10h。由此制备的热解碳载钴聚吡咯催化剂的氧还原峰电位为600mV,转移电子数为3.6,氮含量高达3.994％。合成参数中热处理时间对催化活性影响最大,延长热处理时间有利于提高活性。此外,催化剂的氮含量也显著影响活性,适当增加氮碳比可以增加氮含量,但延长热处理时间则会减少氮含量。热解碳载钴聚吡咯催化剂中检测出钴氧化物。进一步的分析表明,催化剂表面钴氧化物的生成,有利于催化过氧化氢的分解,实现四电子氧还原过程。但催化剂体相钴氧化物的生成则导致催化剂活性减弱。因此,选择合适的钴载量是获得高氧还原活性的热解碳载钴聚吡咯催化剂的重要基础。