全氟酞菁铁电催化氧还原反应活性的pH依赖性

作     者：郁宗华 詹晓宁 金昱丞 刘文苹 刘文博 姜蓉 齐冬冬 王康 姜建壮 Zonghua Yu;Xiaoning Zhan;Yucheng Jin;Wenping Liu;Wenbo Liu;Rong Jiang;Dongdong Qi;Kang Wang;Jianzhuang Jiang

作者机构：北京科技大学化学与生物工程学院功能分子与晶态材料科学与应用北京市重点实验室北京100083 

出 版 物：《中国科学：化学》 (SCIENTIA SINICA Chimica)

年 卷 期：2022年第52卷第8期

页      面：1400-1407页

核心收录：

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(编号:21631003 21671017 21871024)资助项目。 

主　　题：酞菁铁 多壁碳纳米管 pH依赖性 氧还原反应 催化机理 

摘      要：酞菁铁(FePc)是一种很有应用潜力的氧还原反应(ORR)非贵金属催化剂.FePc基催化材料的ORR活性通常在碱性条件下远远好于在酸性条件下的性能,但这种pH对其ORR活性影响的机理还不清楚.本文制备了全氟酞菁铁(FePcF_(16))与多壁碳纳米管(MWCNT)的复合材料FePcF_(16)/MWCNT,并在pH 1、4、7、10和13的电解液中评估了它的ORR活性.其中,在pH 13条件下,FePcF_(16)/MWCNT表现出优异的ORR性能,起始电位(E_(onset))和半波电位(E_(1/2))分别为1.011 V vs.RHE和0.875 V vs.RHE;随着pH的减小,ORR性能显著降低,pH 1时,E_(onset)和E_(1/2)分别降低为0.280 Vvs.RHE和0.185 V vs.RHE,表明FePcF_(16)/MWCNT的电化学活性在不同pH条件下具有显著差异.吸收光谱滴定实验和密度泛函理论计算证明FePcF_(16)在不同的pH条件下具有不同的电子结构,从而造成其ORR活性的pH依赖性.这项工作有利于提升对FePc基催化材料ORR电催化性能的认识,并为进一步设计相应的高性能催化材料提供了理论和实验基础.