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阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)催化剂是阴离子膜燃料电池(Anion Exchange Membrane Fuel Cell,AEMFC)的核心材料之一,开发活性高、稳定性好、成本低廉的新型催化剂,尤其是无金属ORR催化剂成为推动AEMFC快速发展的关键技术之一。本论文利用嵌段共聚物F127的两亲性,通过其在水溶液中自组装时分别引入ZnCl2和PVP,形成胶束后在高温下热解,制备了不同形貌和氮掺杂的中空多孔状纳米碳ORR催化剂,并对其催化ORR进行了评价,主要结论如下:首先,以F127为前驱体,当其在水溶液中自组装时添加ZnCl2,自组装完毕后加入六次甲基四胺(HMT)干燥后在700℃惰性气氛中热解,能获得均匀、中空的纳米碳球(C-700),中空碳球直径约50nm,壁厚5 nm。C-700在O2饱和的0.1M KOH溶液中,其ORR的起始电位、半波电位和极限电流密度分别为0.89 V、0.71 V和5.12 mA/cm2@0.45 V,与商业化20wt%Pt/C性能接近。经2000次循环伏安测试后,C-700起始电位和半波电位基本没有变化,极限电流密度衰减12.2%。其次,选用不同分子量(2900,8400,12600和14600 g/mol)的几种PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物按照同样方式自组装后,在700℃惰性气氛下热解,制备了多孔纳米碳催化剂。在700℃下,几种嵌段共聚物均能热解成纳米碳材料,随嵌段共聚物分子量的增大,衍生的纳米碳颗粒由20 nm逐渐增大到50 nm。当分子量增大到12600 g/mol,能热解获得尺寸比较均匀、呈中空结构的碳球(C-12600)。再继续增大分子量时,衍生的中空纳米球出现塌陷。上述衍生碳球在碱性环境中均能催化ORR,C-12600的电化学性能最优。最后,为进一步提高衍生碳材料的电化学性能,在F127自组装过程中添加PVP,引入杂原子。当添加10%PVP并在800 ℃热解时,能获得均匀、中空胶囊状纳米碳(C-N-800),其宽度约为50 nm,长度为100 nm,壁厚5 nm。C-N-800在O2饱和的0.1M KOH溶液中,其ORR的起始电位、半波电位和极限电流密度分别为0.91 V、0.77 V和5.45 mA/cm2@0.45 V,可以媲美商业化20wt%Pt/C性能。经5000次循环伏安测试后,C-N-800起始电位和半波电位基本没有变化,极限电流密度也仅衰减11.7%,展现出较好的应用前景。