非金屬碳基催化劑制備獲突破

　　近日，天津工業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)和中科院大連化學(xué)物理研究所的研究人員合作，在非金屬碳基催化劑制備和氧還原反應(yīng)(ORR)研究方面取得突破性進(jìn)展，獲得sp2碳和sp3碳共存且氮摻雜的三維碳泡沫。

　　該項(xiàng)研究的結(jié)果表明，該三維碳泡沫不但顯示出優(yōu)異的催化活性，而且起峰電位、半波電位和Tafel斜率均優(yōu)于商業(yè)化的Pt/C催化劑。同時，利用該三維碳泡沫作為陰極催化劑組裝鋅—空氣電極，電池的功率密度*高可達(dá)222.0MW/cm2，并且在長達(dá)100小時的性能測試中顯示出良好的穩(wěn)定性。

　　此外，研究人員通過理論計算同樣證實(shí)，sp3碳和sp2碳界面的氮原子對于碳材料的氧還原反應(yīng)性能具有決定性的影響作用。該工作不但為碳材料的合成和催化應(yīng)用開辟了新的思路和方法，而且證實(shí)在分子水平上可以實(shí)現(xiàn)碳材料的設(shè)計和可控合成。

　　新型能源轉(zhuǎn)換技術(shù)和清潔能源的開發(fā)對于我國能源供給和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。氧還原反應(yīng)是燃料電池和金屬空氣電池中的電極反應(yīng)，其中催化劑對于電極反應(yīng)性能和電池性能提升具有關(guān)鍵性作用。然而，氧還原催化劑的研究主要集中于Pt基催化劑，成本較高，嚴(yán)重限制其大規(guī)模應(yīng)用。

　　近年來，碳基催化劑作為一種低成本高效的催化劑受到關(guān)注，然而目前碳基催化劑的制備和應(yīng)用研究主要集中在sp2碳，比如石墨烯。而sp3碳由于催化活性低，高溫穩(wěn)定性和導(dǎo)電性差等原因，在催化方面鮮有報道。