燃料电池可以将燃料电池中燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能,是一种具备高能量转化效率、高能量密度、无污染排放等优点的装置。燃料电池的广泛应用对于解决当前人类社会面临的资源短缺、环境污染等问题具有重要意义。然而,燃料电池的发展受到阴极催化剂成本的限制。目前,铂基催化剂仍是主要的燃料电池阴极催化剂。但是铂资源稀缺、价格昂贵,严重制约了燃料电池的商业化发展。因此,开发价格低廉、来源广泛的高效氧还原催化剂,是促进燃料电池商业化的一条有效的途径。研究发现,碳基非贵金属氧还原催化剂具有良好的氧还原催化活性,这类催化剂原料易得,价格低廉,制备方式相对简单,是一种很有希望取代铂基催化剂的燃料电池阴极氧还原催化剂。参考前人的工作,本文首先提出选用蝴蝶翅膀作为碳源,在N2气氛围中通过高温热处理,并引入炭黑,通过铁、钴和氮共掺杂制备出新型的碳基催化剂(Fe/Co/N/C-BW)。电催化测试表明,该催化剂的起始电位和半波电位分别达到1.040 V和0.903 V,超出商业Pt/C催化剂56 mV和41 mV。本实验的创新之处在于首次采用蝴蝶翅膀作为催化剂制备材料,通过引入过渡金属和氮源共掺杂,制备出催化活性优异的碳基氧还原催化剂。蝴蝶翅膀特殊的多孔结构为氧还原催化活性位提供附着场地,同时有利于氧气分子在氧还原反应过程中的传递。掺杂的含铁、钴、氮物质在高温热处理过程中,为活性位的形成提供必需的元素,炭黑BP2000的掺杂增强了催化剂的导电性。该制备方法为昆虫翅膀类生物材料在燃料电池阴极催化剂的制备上提供了一条新颖的思路。