聚苯胺凝胶制备氮掺杂碳泡沫及其在有机/水混合锂-空气电池中的应用

【作者】 农娟； 朱奥生； 谢普； 容敏智； 章明秋；

【机构】 中山大学；

【摘要】 电催化氧反应是燃料电池、金属-空气电池和微生物电池阴极必需的一个重要化学反应。迄今为止,Pt、Ir O₂、Ru O₂催化剂是最为常用的氧还原反应或氧析出反应催化剂,但由于贵金属资源匮乏、价格昂贵、易中毒失效,严重阻碍了这三类新型电池的商业化。在碳材料中引入氮原子,形成具有高催化活性和化学稳定性的活性点,是目前最有可能替代贵催化剂作为双效氧反应的非金属催化剂之一。我们利用碳化交联聚苯胺凝胶,制备氮掺杂的碳泡沫,通过实验和模拟,发现吡啶氮比石墨氮具有更加优异的氧催化性能。富含吡啶氮形态的碳泡沫氧还原的起始电位（-0.12 V vs SCE）低于商业化40%Pt/C催化剂,极限电流密度（6 m A/cm²）高于40%Pt/C催化剂,兼具优异的氧析出特性。将其组装成有机/水混合体系的锂-空气电池,具有优良的首次放电容量和可逆循环性能,在500 m A/g的放电速率条件下,质量比电容最高可达49486.3 m Ah/g。更多还原