三聚氰胺甲醛树脂废弃物制备氧还原电催化剂


 随着新能源的发展, 燃料电池及其他电池设备被认为有望代替传统的化石能源[1-2]. 但是,阴极氧还原(Oxygen Reduction ReactionORR)活性差,严重阻碍了燃料电池发展, 因此合成高活性的电催化剂受到研究者关注[3-5]. 目前,贵金属材料(如Pt 及其合金) 制备阴极电催化剂具有高氧还原活性,但Pt 稀缺且昂贵阻碍其应用,因而使用价格低廉的非铂材料代替Pt 材料成为当前研究热点. 目前,已有多种非铂催化剂被广泛报道,金属氧化物、有机金属配合物、杂原子碳材料、硫属化合物以及仿生材料[16]均被证明有良好的氧还原活性. 尽管如此,这些材料用在燃料电池上仍存在价格昂贵、性能不稳定等缺点.

  理论上, 催化剂的高比表面积有助于提高ORR 性能,如薄膜纳米片,其高比表面积暴露

更多的二维空间催化点提高ORR 性能. 研究还发现,纳米级孔隙度、高传质及有效载量对ORR 性能也有一定影响 基于此种思路,碳纳米管(CNTs)、碳纳米纤维(CNFs)以及石墨烯等氮掺杂碳催化剂受到研究者重视,其中一些研究者将注意力集中在氮金属共掺杂碳催化剂体系。 从最新报道来看,从可持续发展角度, 使用生物质碳作为前驱体,实现氮和金属共掺杂,不仅价格低廉,且避免有害无机物和有机化合物的使用. 和无掺杂的碳材料

相比, 这种材料表现出N 型半导体和金属的特性,且具有更好的电子迁移率. 越来越多的研究者在朝此方向尝试,比如前驱体选择马齿苋、三聚氰胺奶粉、猪血、大豆及鲤]鱼等生物质材料,这些材料含氮的大分子或小分子有助于电催化剂ORR 性能的提高.

  三聚氰胺甲醛树脂(Melamine-FormaldehydeResinMF)被大量用作仿瓷餐具的加工制造,废弃仿瓷餐具的处理挑战巨大. 作者利用MF 固体废弃物作为前驱体合成FeNx/C 材料, 即MCFes 材料(M-MF, C-碳粉(BP2000),Fe 铁),选择MF 固体废弃物的具体优势包括:1MF 固体废弃物回收利用,不仅环境友好且提供丰富的碳源和氮源;2)利用MF 废弃物制备的催化剂具有明显的介孔结构。