1 氮掺杂有关碳载过度金属方面的催化剂活性位
1.1 金属氮结构
有观点认为, 具体连接到碳载体相关的Fe (Co) -N4以及Fe (Co) -N2中心就是催化剂实际催化活性中心, 同时就氧还原具体的催化活性来说, 其结构中心相关的金属原子非常重要。大部分研究者都接受这个观点。另一方面也有研究者合成了Fe基相关催化剂, 凭借相关的次级离子质谱进行分析, 实际观察到了不同的关于氧还原催化方面的两个位点:Fe N4/C以及Fe N2/C, 对于这两种催化活性点来说, 其都具备氧还原活性。并且Fe N4/C结构代表金属原子以及四个吡咯型氮之间的结合, 从而形成相关的配位结构, Fe N2/C结构代表金属原子以及两个吡咯型氮之间的结合, 从而形成相关的配位结构, 见图1。通过进一步研究我们发现, 实际上两种催化活性位相关的催化活性以及机理都不相同。有部分研究者发现Fe N2/C所具有的催化活性以及4e-反映过程方面的选择性都要超过Fe N4/C。但是也有少部分研究者表示有关催化剂当中的M-N4以及M-N2并不是都属于催化活性位。例如根据密度函数相关理论利用对CO-PPy/C体系方面的研究模拟可以发现, CO-N4结构无法作为氧还原有关过程当中的催化活性位。总而言之, 就如今的研究来说, 绝大部分人都是支持M-N4以及M-N2是相关反应当中的催化活性位的。
1.2 碳氮结构
以上观点认为在催化剂当中, 金属本身就是催化活性位, 亦或是催化活性位方面的组成部分, 但是如今已经有部分研究者发现经过高温热处理之后, 在催化剂当中相关的金属氮结构会逐渐分解, 因此催化剂实际的活性位应该为碳氮结构, 比如石墨氮以及吡啶氮等, 其具体的结构见图2。有部分研究者表示, 吡啶氮能够当做石墨碳边缘部位上的标记, 由于吡啶氮只能存在于石墨碳层有关边缘的部位, 假如石墨当中含有非常多的吡啶氮, 这说明了石墨实际的边缘层有很多。有部分研究者表示, 吡啶氮能够有效的促进石墨碳层方面的给电子能力, 进而加快氧还原反应的相关过程。除此之外, 依照量子理论, 相关的密度函数实际的计算结果表明, 有关催化剂体系当中, 因为N原子实际的电负性比较高, 致使其吸电子能力比较强, 而跟氮原子进行结合的相关碳原子, 会带着一定正电荷。因为碳氮结构能够引动电荷进行转移, 致使氮原子在吸附氧气分子方面的能力增强, 让氧气分子可以更容易的被吸附在相关的催化剂表面, 有关桥式吸附能够降低O-O键实际的解离能, 加快氧气分子进行分解, 出现电荷转移, 提高了氧还原反映的效率。
2 氮掺杂的碳载过渡金属氧还原催化剂的分析
首先, 在催化剂当中相关的金属钴以及氮源的存在是保证催化剂拥有较高氧还原活性的一种必要条件。不过催化剂当中的金属钴以及氧化钴无法成为催化剂当中相关的催化活性位, 并且金属钴以及氧化钴等的存在很有可能会导致部分相关的氧还原活性位被覆盖, 致使催化剂实际的催化活性有所下降。除此之外, 催化剂当中有关的碳氮结构, 比如吡啶氮以及石墨氮相关结构, 一样不可以单独成为氧还原方面的催化活性位, 不过吡啶氮在相关的催化剂当中起到特别重要的作用, 在催化剂当中有关吡啶氮含量的减少能够导致催化活性大大降低。
其次, 根据催化剂当中的有关氧还原方面的催化活性位必须是钴氮结构 (CO-Nx) 以及吡啶氮对于催化剂实际性能方面的重要影响, 从而推测在催化剂当中有关催化活性位实际是金属钴——吡啶氮结构。
最后, 在催化剂当中实际的金属钴载量能够对催化剂具体的性能以及结构组成产生极大的影响。
3 结语
氮修饰的有关碳载过渡金属方面的氧还原催化剂具体的制备方法具有简单、成本低以及活性高等相关优点, 有着非常高的开发潜力。但是在大规模应用方面还有待提高与完善。我国在能源方面的需求越来越大, 如果过于依赖化石能源不但会导致环境污染, 同时还会由于化石能源的不可再生性导致我国经济发展逐渐减缓。因此, 对本课题的研究分析具有重要的意义。
摘要：氮修饰的有关碳载过渡金属方面的氧还原催化剂具体的制备方法非常简单, 同时还具有成本低以及活性高等相关优点, 有着非常高的开发潜力。不过目前在催化活性方面距离商业化应用还有着很大的差距, 必须要使其氧还原催化实际的性能得到进一步提升。
关键词：碳载过渡金属,氧还原催化剂,分析
参考文献
[1] 杨伟;陈胜洲;邹汉波;林维明.氮掺杂非贵金属氧还原催化剂研究进展[J].化工进展, 2012, (11) ;119.
[2] 张蓉;柳璐;马飞;张晶;王文洋;李瑞丰.过渡金属/氮掺杂石墨催化剂的制备及电催化氧还原[J].分子催化, 2014, (06) ;120.
[3] 杨伟;陈胜洲;邹汉波;林维明.氮掺杂碳载钴催化剂制备及其TG-FTIR和XRD光谱分析[J].光谱学与光谱分析, 2012,