(4) 燃料電池量測
膜電極組(MEA)部分是採用 5cm2，中間的質子交換膜是採用 Nafion® 212 (H+, DuPont) membrane，
陽極端是商用電極(E-TEK, Pt/C with a metal loading of 0.25 mg cm-2)，陰極部分是使用吾人製作的觸媒，
最後再以熱壓方式將三部分熱壓形成一個三明治結構，再去進行燃料電池的量測，量測溫度是 70°C。
五、 結果與討論
在圖一中可以看到 py-B12/C 之樣貌，可以發現其顆粒大小約都在 10~30 nm 左右。在結構分析上，
吾人使用拉曼光譜來觀察合成後的結構與其原子間的鍵結，在波數 345 cm-1的附近有一峰，此訊號代 表著 Co-CN 鍵結的拉伸，經過高溫燒結後可以發現此處的鍵結被破壞，而在 1350 cm-1與 1580 cm-1兩 個位置上，有 D-peaks 以及 G-peaks，也證實了經過燒結，其中的碳形成了類似石墨烯(graphene-like) 的結構，這樣子的結是有助於電子的傳遞與躍遷[3,15,17,18]，而在 1680 cm-1與 1790 cm-1的兩個峰值 表示 C=C 與 C=N 的拉伸，可得到咕林(corrin)結構尚未被破壞的証明。
圖一、Py-B12/C 在高解析顯微鏡下(HRSEM)所得到的樣貌
圖二、在拉曼光譜下的燒結前後的 B12 的鍵結及其訊號
圖三、CoO powder、CoTMPP 與燒結前後的 B12 在 Co K-edge 下的 X 光吸收光譜
吾人利用同步輻射中心去做 X 光吸收光譜來得到更多的資訊，圖三是 CoO powder、CoTMPP 與燒 結前後的 B12 中 Co K-edge 的吸收光圖譜，可以發現這兩個圖譜有很大的差異性，吾人再利用計算方 式獲得兩個樣品的近吸收邊緣能量有更大的差異，如表一，首先在 CoO powder 上所的能量為 7720.4 eV，
這是代表著 Co 的價數是 2+，而未燒結的 B12 的能量為 7720.5 eV，這裡顯示出 Co 的價數為 3+，燒結 後的 B12 為 7718.4 eV，為 2+，再接著使用延伸區吸收光譜(EXAFS)來計算，吾人得到的結果如表二，
可以發現中心原子 Co 周圍鄰近著 6 個原子，經過燒結後，由原本的配位數 6 改變為 4，因此，吾人認 為此觸媒有良好的氧還原能力是因為此種結構使得觸媒得以迅速的吸附氧氣後並進行氧還原能力，再 利用石墨烯的碳結構(graphene-like)迅速的傳導電子。
表一、計算 X 光吸收光譜所得到的 CoO powder 與燒結前後的 B12 中 Co K-edge 的吸收能量及其價數。
Sample E0 Valence of Cobalt
CoO powder 7720.4 2+
B12 7724.5 3+
Py-B12 7718.4 2+
表二、計算延伸區 X 光吸收光譜所得到的 Co 與鄰近原子的鍵長及配位數。
Sample Shell N r-factor
B12
Co-N 4
0.005
Co-C 1
Co-N 1
Py-B12 Co-N 4 0.003
注：N 為配位數，r-factor 表示為誤差率。
圖四、Py-B12 與其他非白金觸媒在飽和氧氣環境下，0.1 M HClO4溶液中使用 RRDE 技術之電化學結 果。掃描速率：10 mV/s；旋轉速率：1600 rpm。
在半電池電化學測試中，如圖四，吾人發現此觸媒有良好的氧還原活性，此觸媒所產生 H2O2電流
僅有 0.02 mA，而在氧還原電流部分可達 1.11 mA 之多，再經過方程式（3）以及方程式（4）計算的結 果得到，發現 Py-B12/C 的觸媒 n 值遠比 Py-Co/C 以及 Py-COTMPP/C 來的高，可達 3.90，僅僅只比白 金的 4.0 少了 0.1，而 H2O2的百分比只有 5%。
圖五、(a) py-B12/C、FeTMPP-Cl/BP[29]、CoTMPP/acetylene black[30] 和 Co-PPy/C[31]在不同電位的 k1/k2值（見內文說明）。(b) 使用 py-B12/C 和 CoTMPP/C 做為 H2-O2 PEMFC 陰極之極化曲線。陽極皆 採用 0.25 mg cm-2 Pt/C，質子交換膜為 Nafion®212。氣體背壓皆為 1 atm 和 RH100%加濕處理。溫度：
70oC。
吾人將維生素 B12 與碳粉混合後，經過 700℃的熱分解後，形成 py-B12/C。該觸媒在氧氣還原反 應中電子轉移數接近 3.90。為了與文獻中的非貴金屬觸媒比較，以「四個電子轉移途徑反應速率（k1）」 和「兩個電子轉移途徑反應速率（k2）」的比率（k1/k2）為準則，此比例值越高代表該觸媒的氧氣還原 能越好。圖五(a)所示，py-B12/C 的 k1/k2值比其他文獻中的非貴金屬觸媒 k1/k2值高了三到十倍。圖五
(b)是使用 py-B12/C 於質子交換膜燃料電池的陰極觸媒，所展現出最大的輸出功率為 375 mW cm-2。該
2011/0076598)，並在最近被 Energy & Environmental Science（IF: 9.488）所接受。