摘要
在双碳政策的大背景下，需要发展清洁能源以保证能源安全和减少环境污染，燃料电池作为一种能量转换装置受到广泛关注，其产物是水，具备能量转化率高、环境友好、安静、可靠性高等特点。 燃料电池的阴极反应是氧还原反应（OxygenReductionReaction，ORR），Pt/C催化剂的性能较优，但使用Pt成本较高，因此需要研发一种高效又经济的催化剂。Cu基催化剂具有储量丰富、价格低廉、和特定的电荷转移活性，目前得到广泛探索。 在本工作中，我们主要合成了Cu基金属有机框架结构（MetalOrganicFramework，MOF）化合物并采用多种工艺制备了Cu基电催化剂，这是基于金属框架结构物质具有大孔输送结构，其热解处理容易得到分散良好的纳米颗粒，同时利用了化学离子交换（即刻蚀）对成分的原子级调控的基本原理，主要考察制备工艺对于催化剂结构，表面化学组分状态以及相应的电催化活性的影响。 本工作首先制备了一种碳载铜纳米颗粒复合电催化剂。通过共沉淀法自组装合成了一维前驱体Cu(OH)(Hsal)·H2O；之后通过热解使铜纳米粒子原位包覆在碳棒里；另外经过刻蚀在铜纳米粒子中引入O后经过二次热解调节Cu+Cu+/Cu2+的比例并引入介孔以增大比表面。优化后的复合型电催化剂Cu@C-800表现出优异的ORR性能（Eonset=1.00Vvs.RHE，E1/2=0.81Vvs.RHE，JL=5.15mAcm-2）、高稳定性、高抗甲醇能力以及较高的4电子选择性。这种增强归因于有高比表面的介孔碳包覆层和铜纳米物种之间的协同作用以及刻蚀对于比表面的的增大，在提供丰富的活性位点的同时使其能够快速传质。 本工作其次制备了Mo基材料复合的Cu基电催化剂，并考察了其对ORR性能的影响。利用不同温度热解NENU-5将MoO2、Mo2C引入Cu基催化剂：通过经典的合成方法合成了NENU-5前驱体，之后热解形成了Cu-MoO2，然后进行刻蚀除去多余的Cu并进行二次热解增强其稳定性得到Cu-MoO2-700。经过优化后的Cu-MoO2-700表现出更加优异的ORR性能（Eonset=0.89Vvs.RHE，E1/2=0.79Vvs.RHE，JL=6.11mAcm-2）高稳定性、高抗甲醇能力以及高的4电子选择性。这归因于MoO2对于O空位的引入以及Cu价态的变化，以及刻蚀使其比表面积和孔容的增加，高的稳定性来源于Cu物种比例的改变。
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