合肥研究院在電催化電極材料的構(gòu)筑及應(yīng)用方面取得進展

　　近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所微納技術(shù)與器件研究室研究員李越課題組在電催化電極材料的構(gòu)筑及應(yīng)用方面取得新進展，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊Journal of Materials Chemistry A (J. Mater. Chem. A, 5, 11163-11170 (2017))上。

　　目前開發(fā)的各種可再生能源生產(chǎn)和存儲技術(shù)中，電化學(xué)水裂解制氫、燃料電池、金屬-空氣電池等能量轉(zhuǎn)化和存儲裝置以其效率高、結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境友好和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注。其中氧析出反應(yīng)(OER) 在這些能量轉(zhuǎn)化和存儲裝置中扮演了重要角色。但OER過程的過電勢很高，需要消耗巨大的能量，通過催化劑降低OER過電勢是非常必要的。目前性能優(yōu)異的催化劑主要是具備低過電勢和高電流密度等優(yōu)點的釕基材料。然而由于貴金屬釕元素含量較少，此類材料難以得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。因而，研發(fā)基于非貴金屬的高效催化劑勢在必行。理論研究表明，金屬鈷(Co)及鈷基氧化物有接近釕基材料的氧化催化活性。但是實心結(jié)構(gòu)的Co基催化劑由于有限的比表面積，難以進一步提高其催化活性，故而制備空心結(jié)構(gòu)的Co基催化劑是一種極有前景的策略。

　　綜上所述，李越課題組研究人員利用聚苯乙烯(PS)球為模板，通過熱解還原獲得高比表面積空心的碳摻雜Co/Co3O4異質(zhì)復(fù)合納米材料。該復(fù)合材料既保留了聚苯乙烯的球形結(jié)構(gòu)，又具有較高的比表面積和均勻分散的活性位點，如下圖所示。進一步研究表明，采用此種方法構(gòu)筑的復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電能力和催化能力，且具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性能。上述研究成果對高性能能量轉(zhuǎn)換與存儲材料的設(shè)計、大規(guī)模制備及其應(yīng)用具有重要意義。

　　上述研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院科技創(chuàng)新“交叉與合作團隊”等項目的資助。

　　IR補償后的碳摻雜Co/Co3O4的空心球異質(zhì)復(fù)合納米材料在1M KOH溶液中的極化曲線。插圖為復(fù)合材料的透射照片。