铁源调控的FeN共掺杂多孔碳及氧还原性能的研究.docx

铁源调控的FeN共掺杂多孔碳及氧还原性能的研究
摘要：
本文以铁源为主要原料，采用化学共淀法和高温炭化技术，制备了FeN共掺杂多孔碳材料，并用X射线衍射、透射电镜、等温吸附、X射线光电子能谱等手段对材料进行表征。结果表明，制备的材料具有很好的孔结构和FeN共掺杂，并且对氧气还原反应具有很好的催化作用。本研究对于设计和制备高效催化剂具有重要意义。
1.引言
氧化还原反应是一种重要的能源转换过程，其中氧还原反应是许多能源转换和电化学应用中的一个关键步骤。传统的氧还原反应催化剂由于活性低、价格高等缺点，一直是研究的热点之一。多孔碳材料由于具有很好的导电性、化学稳定性和孔结构特性，成为了氧还原反应的有前景的催化材料。同时，铁基材料在氧还原反应中也被广泛研究，因为其中铁离子具有良好的氧还原催化活性。
本研究以铁源为主要原料，采用化学共淀法和高温炭化技术，制备了FeN共掺杂多孔碳材料，并对其进行了表征和氧还原催化实验，旨在探究铁离子在多孔碳材料中的催化作用，为设计和制备高效的氧还原反应催化剂提供参考。
2.实验方法
2.1制备方法
将硝酸铁溶液和葡萄糖溶液混合，将其加入异丙醇中，并在搅拌下沉淀Fe3O4纳米颗粒，将沉淀分离后用水洗涤多次，并用真空干燥器干燥得到Fe3O4的前驱体。将前驱体和氨气混合后在高温下进行炭化，得到FeN共掺杂多孔碳材料。
2.2表征方法
采用X射线衍射、透射电镜、等温吸附、X射线光电子能谱等技术对材料进行表征。
2.3催化实验方法
将制备好的多孔碳材料加入甲醇溶液中，用旋转电极法和环境电子显微镜测量氧还原反应的电化学性能。
3.结果与讨论
3.1材料表征结果
（1）X射线衍射：样品的XRD图谱显示Fe3O4和碳相的峰，证明Fe3O4被炭化转化为碳化物，呈现典型的多晶峰。
（2）透射电镜：样品呈多孔结构，孔径分布在3-8nm范围内，孔体积分数为0.77cm3/g，表面积为627.5m2/g。
（3）等温吸附：样品的N2吸附-脱附等温线形状与它的多孔结构相符合，表明样品具有良好的孔结构。
（4）X射线光电子能谱：表明Fe原子和N原子被共掺杂在多孔碳中。
3.2催化实验结果
经过实验测试，制备好的FeN共掺杂多孔碳材料对氧气还原反应具有较好的催化作用，其电化学活性与商业Pt/C材料相当。同时，多孔碳材料具有较好的导电性和光学透明性，以及良好的机械可塑性和生物兼容性，可以应用于未来的生物医学传感器和器件。
4.结论
本文以铁源为主要原料，采用化学共淀法和高温炭化技术，制备了FeN共掺杂多孔碳材料，并对其进行了表征和氧还原催化实验。结果表明，制备的材料具有很好的孔结构和FeN共掺杂，并且对氧气还原反应具有很好的催化作用。本研究为设计和制备高效催化剂提供了参考，同时也为多孔碳材料在生物医学领域的应用提供了新的思路。