第32卷，第4期 2012年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 32,No. 4, ppl114-1117
April，2012
氮掺杂碳载钴催化剂制备及其TG-FTIR和XRD光谱分析
杨伟"，陈胜洲2，邹汉波”，林维明1.2 1.华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640 2.广州大学化学化工学院，广东广州510006
摘要以三象氰胺甲醛树脂预聚体为氮源、碳源，以乙酸钻为金属前驱体，制各氮掺杂碳载钻氧还原电催化剂。利用傅里叶变换红外光谱与热重联用（thermogravimetry-fouriertransforminfrared spectroscopy，TG FTIR)、X射线衍射光谱分析(X-raydiffractionspectra，XRD)等研究了催化剂的制备过程和结构，采用旋转阅盘电极测试(rotatingdiscelectrode，RDE)考察了制备过程中不同炭化温度对催化剂氧还原催化活性的影响。结果显示，在情性气氛中，随炭化温度升高，样品中部分有机基团以CO，CO，HCHO，NH，NO,等形态随保护气流失，催化剂结构出现明显变化，形成典型的面心立方结构。旋转圆盘电极测试结果表明，所制备的催化剂都具有较好的电催化活性，氮掺杂碳载钻能化剂的氧还原起始电位在0.5V(vs.SCE)左右，炭化温度为700℃时制备的催化剂具有最高电催化氧还原活性。
关键词傅里叶变换红外光谱-热重联用；X射线衍射光谱；氮掺杂碳载钻催化剂；氧还原反应中图分类号：O646，TM911.4
文献标识码：A
引言
由于质子交换膜燃料电池（protonexchangemembrane fuelcell，PEMFC)具有能量密度高、工作温度低、环境友好等优点，是未来汽车、舰船等交通工具的理想动力源，还可以广泛应用于移动能源和固定电站1.21。目前PEMFC阴极催化剂主要使用Pt或者Pt基合金催化剂，由于Pt资源严重匮乏，价格昂贵，造成PEMFC电池成本过高，严重阻碍了 PEMFC的商业化，因此开发高活性的非贵金属氧还原催化剂是目前PEMFC研究的关键之一。氮掺杂碳材料负载过渡金属催化剂对氧还原反应具有较高活性和选择性，因而近几年来成为研究的热点。
早在1964年Jasinskifs)已经使用含氮金属大环化合物作为氧还原催化剂，但后续研究发现金属N-大环化合物在酸性介质中非常不稳定。20世纪70年代有学者发现在情性气体中热处理金属碳氮化合物可以明显提高能化剂的活性和稳定性[6)，紧接着应用于PEMFC阴极氧还原反应的氮掺杂碳载非贵金属电催化剂大批涌现，经过众多学者研究发现热处理温度是催化剂形成氧还原催化活性位的关键因素之一[}]，本研究采用高含氮量的三聚氰胺甲醛（MF)树脂预聚体和乙
收稿日期：2011-08-08，修订日期：2011-11-12
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2012)04-1114-04
酸钻为主要原料，在不同炭化温度下制备了氮掺杂碳载钻氧还原催化剂，并利用TG-FTIR和XRD研究了不同炭化温度对催化剂制备和结构的影响，考察了催化剂的氧还原电催化性能。
实验部分
1 1.1
试剂和仪器
美国PerkinElmer公司Spectrum100型红外光谱仪，美国TA公司SDTQ600型热分析仪，北京普析公司XD-3型 X射线衍射光谱仪，上海辰华CHI760B型电化学测试系统，美国PINE公司MSR型旋转园盘电极，KQ600型超声波反应器，DF101S型恒温磁力搅拌器，DZF6051型真空干燥箱，三聚氰胺甲醛树脂预聚体（工业级，60Wt%，潮州立信化学工业有限公司)，乙酸钴、乙醇、异丙醇、硝酸以及Nafion溶
液5Wt%，Fluka)均为分析纯。 1.2方法
将乙酸钻加人MF树脂预案体(Co/C质量比为5%)，室温搅拌30min，待金属盐完全落解后，逐滴加人10Wt%的硝酸落减，直至pH值为1.5，在室温静置1h固化，将固化后的MF树脂预聚体在真空干燥箱中减压干燥24h。干燥后
基金项目：国家自然科学基金项目（21076048)和广东省科技计划项目（2008B010800036，2008B010800037，2009B011000022）资助作者简介：杨伟，1982年生，华南理工大学化学与化工学院博士研究生
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