NML研究文章｜ORR催化剂：氮氟共掺杂微孔碳材料

2  首次采用PVDF作为氟掺杂碳ORR催化剂的氟源。

3  所得的氮、氟双掺杂微孔碳纳米纤维在碱性条件下展现出优异的ORR催化活性及稳定性；在酸性条件下也表现出一定的催化活性。

1  N,F-MCFs的微观形貌与结构分析

XRD和Raman谱图（图2）显示N, F-MCFs催化剂为无定型碳结构，且存在较多缺陷。通过BET分析可知，N, F-MCFs催化剂具有较大的比表面积和微孔结构，这有利于提供更多的ORR催化活性位点。（N, F-MCFs-A催化剂比表面积为709.78 m²/g，平均孔径为2.37 nm。N,F-MCFs-B催化剂比表面积为621.46 m²/g，平均孔径为2.77 nm。）

图2 N,F-MCFs催化剂的结构表征。（a）XRD衍射谱图，（b）Raman谱图，（c）N,F-MCFs-A催化剂BET表征，（d）N, F-MCFs-A催化剂BET表征。

2   N,F-MCFs的电催化活性

本文研究了碱性条件下N, F-MCFs的ORR性能。从图中可以看到，N, F-MCFs-A催化剂的起始电位为0.94 V（vs. RHE），半波电位为0.83 V（vs. RHE），反应转移电子数为4.0，H₂O₂产率低于10%，与商业化的Pt/C催化剂性能相当。

与N掺杂多孔碳纳米纤维或氮、氟双掺杂无孔碳纳米纤维相比，N, F-MCFs具有更高的催化活性。同时，对N, F-MCFs催化剂进行CN^–配位测试，排除了合成过程中可能引入的金属离子对催化活性的贡献，表明ORR催化活性由催化剂中掺杂的F、N原子提供的。

图4 N, F-MCFs催化剂的碱性条件下ORR催化性能。（a）CV图，（b）LSV对比图，（c，d）N, F-MCFs-A的LSV图和K-L图，（e，f）N, F-MCFs-B的LSV图和K-L图，（g）H2O2产率，（h）-CN配位测试。

通讯作者

李虹

副研究员

上海交通大学化学化工学院

主要研究方向：

燃料电池用聚合物电解质膜及催化剂；含氟高分子材料。

E-mail: lh102@sjtu.edu.cn

第一作者

龚天乐

硕士研究生

上海交通大学化学化工学院

主要研究方向：

燃料电池催化剂

E-mail: ivangong@sjtu.edu.cn

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