应用于锌_空气电池的新型碳载钴_聚噻吩复合催化剂_孙新阳第27卷第12期2010年12月应用化学CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYVol.27No.12Dec.2010应用于锌-空气电池的新型碳载钴-聚噻吩复合催化剂孙新阳周德璧*吕董谭龙辉长沙410083)赵伟利(中南大学化学化工学院摘要PTh/C)作为气体扩散电极氧还原采用化学氧化聚合法合成了以碳为载体的钴-聚噻吩复合物(Co-EDX)、催化剂。通过扫描电子显微镜-能量色散X射线能谱(SEM-透射电子敁微镜(TEM)等测试技术对催化Co-PTh/C催化剂颗粒的粒径为10〜30nm,且分布均匀。利用极化曲线、交流阻抗等剂进行表征。结果表明，电化学方法测试/其在碱性介质中(6mol/LKOH)对氧还原的催化性能。此催化剂在碱性介质巾空气气氛2条件下，电极电位在一0.20V(vs.Hg/HgO)时电流密度达到0.152A/cm,催化性能高于质量分数5%Pt/C，显6mol八的KOH为示出优越的氧还原电催化性能。采取催化层/集流体/扩散层的排布方式，以纯锌为负极，2将气体扩散电极与锌负极组装成锌-空气电池。电池以0.075A/cm进行恒流放电，放电电压为1.1V电解液，且性能稳定。关键词聚噻吩，氧还原，气体扩散电极，电流密度文献标识码:A0518（2010）12-1424-06文章编号：1000冲图分类号：0646DOI：10.3724/SP.J.1095.2010.00041锌-空气电池具有能量高、密度高、比容量好、使用安全等优点。正极氧还原反应超电位高、动力学缓慢，0前主要采用以碳为载体的铂及铂系催化剂。但粕金属成本高，在世界范围内资源匮乏，难以普。以碳为载体的金属氮化物（如金属酞菁、金属卟啉等）具有良好的氧还原催化活性，但其稳［4-7］。20世纪60年代初，Fe4S4）对呼吸作用氧还原定性较差研究人员发现生物体内铁硫蛋白（含Fe2S2、及应用有促进作用。Susac等S、Ni-S（如CoS2、NiS2等）体系对氧还原有一定催化活性，研究发现Co-因此金polypyrrole）、属硫化物类催化剂逐渐为人们所发现并成为研究热点。导电高分子聚毗咯（PPy，聚苯胺（PAn,polyaniline）、polythiophene）等具有易合成、聚噻吩（PTh,高导电率、稳定性好等优点，己广泛应用［11-13］。Bashyam等［14］、Qi等［15］和Lee等［16］用导电高分子于传感器、功能分子膜、二次电池等工业领域PPy和PAn与Co配合分别形成氮化物Co-PPy/C［14-16］和Co-PAn/C[17],它们对氧还原有显著的催化效PPy/C和Co-PAn/C屮产生了大量Co-N2结构，果和稳定性。他们认为Co-该结构可能是催化剂的氧还原活性中心。PTh具有与PPy和PAn类似的芳香性结构，作者推测PTh与Co配合形成的硫化物Co-PTh/C也可能产生大量Co-S2结构，从而对氧还原显示一定的催化效果，如Schemel所示。关于此类金属硫化物应用于碱性燃料电池，国内外还未曾出现相关文献报道。[8-10][1-3]Schemel29Schematicdiagramofcomplexes第12期PTh/C复合催化剂孙新阳等：应用于锌-空气电池的新型Co-142572为载体，本文以酸处理碳黑VulcanXC-噻吩（thiophene）为主要原料，过硫酸胺为氧化剂，低温氧PTh/C。研究了所制备电极在碱化聚合生成导电高分子聚噻吩（PTh/C）后再与Co配合合成硫化物Co-组装了锌-空气电池并测试了其放电性能。性介质巾氧还原的电催化性能，11.1实验部分试剂和仪器72（美国Cabot公司），碳黑VulcanXC-噻吩（上海国药集团），过硫酸胺（广东光华化学有限公司），Pt/C（含质量分数5%硝酸钴（上海国药集团），硼氢化钟（天津化学试剂研究所），以上试剂均为AR级，Pt，US-Engelhard）,其它试剂均为分析纯。6360LV型带能谱的扫描电子显微镜对样品进行元素分析；采用日本产JEOL-1230采用H本产JSM-PTh/C型透射电子显微镜对所制备催化剂的形貌进行表征，电子显微镜加速电压为lOOkV。将少量Co-样品超声分散于乙醇溶液中，形成均匀的悬浮液，将悬浮液置于铜网上，待乙醇挥发后进行观察。1.21.2.ICo-PTh/C的制备72放入6mol八HCI溶液中去除氯化物杂质。过滤后用人碳载体的预处理将碳黑VulcanXC-量去离子水清洗，再用65%的硝酸溶液氧化，过滤后用大量去离子水清洗，然后在干燥箱中干燥24h，研磨后存放备用。1.2.2PTh/C的合成将3g酸处理碳黑加至圆底烧瓶中，加入30mL去离子水和1.25mLlmol/L冰醋酸（AR），搅拌15min充分混匀，加入2m...