过渡金属Co3O4/ZnO-ZIF氧还原催化剂Co/Zn-ZIF模板法制备及其产电性能

作者：蒋博龙^*; 崔艳艳; 史顺杰; 常嘉城; 姜楠; 谭伟强

来源：化工进展, 2023, 42(06): 3066-3076.

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1534

• 微生物燃料电池
• 金属有机框架
• 氮掺杂
• 氧还原
• Co3O4催化剂
• 产电性能

开发高效、低成本的微生物燃料电池(MFC)阴极催化剂是目前最迫切需要的。本文选用晶体结构相似的ZIF-8与ZIF-67进行复合，制备了双金属叶片结构Co/Zn-ZIF前体材料，并以此为模板和N、C源，制备了Co3O4/ZnO(x)-ZIF阴极催化剂。研究了Co含量(x)对催化剂结构、氧还原(ORR)性能及MFC产电性能的影响。结果表明，在Co3O4/ZnO(x)-ZIF催化剂中，Co3O4/ZnO(2)-ZIF的性能最佳。各催化剂作为阴极的MFC输出电压大小依次为Pt/C (0.58V)>Co3O4/ZnO(2)-ZIF (0.52V)>Co3O4/ZnO(3)-ZIF (0.43V)> Co3O4/ZnO(1)-ZIF (0.39V)。以Co3O4/ZnO(2)-ZIF为阴极催化剂的MFC最大功率密度和化学需氧量(COD)去除率分别为741.1mW/m2和96.1%，接近商用Pt/C的最大功率密度(848.1mW/m2)和化学需氧量(COD)去除率(96.9%)的性能。这归因于其高的吡啶N含量和适宜的孔结构和Co/Zn比值。此外，Co3O4/ZnO(2)-ZIF遵循四电子转移路径，在30天的操作中其产电性能未见明显下降，表现出优异的稳定性。

• 出版日期2023
• 单位青岛理工大学