多级自支撑氧还原电极的制备及催化性能研究

摘要

燃料电池作为能源的高效存储和转换设备，在诸多领域具有广阔应用前景。为了设计和调控碳纳米材料的结构及性能，本文提出一种具有铠甲结构的碳包Co纳米颗粒的纳米管阵列自支撑材料（CC@Co-CNTs）的合成方法。先在碳布表面生长金属有机框架化合物，形成树叶状纳米片阵列前驱体，再经过双氰胺气相转化，得到多级自支撑纳米管材料。电化学测试表明，在1 600 r/min条件下，该自支撑电极的半波电位高达0.78 V，极限电流密度为-12.14 mA/cm²，电容值约为CC@Co-NCNA材料的4.2倍，在超过500 min的连续测试中，电流保持率高达75.0%，并且具有良好的抗甲醇性能。碳包覆Co纳米颗粒的纳米管阵列的引入，不仅增加了表面积，并且保护催化剂。同时，碳纳米管构建了多级电解质离子的运输通道，缩短了电解质离子的传输路径，从而提高了电催化性能。

关键词

金属有机框架(MOFs) / 多级材料 / 自支撑电极 / 电催化