過(guò)程工程所制備高活性燃料電池氧氣還原反應(yīng)電催化劑

當(dāng)前，全球能源危機(jī)的到來(lái)及環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重迫使人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注可持續(xù)能源的開(kāi)發(fā)利用，包括可持續(xù)能源的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化。燃料電池與金屬-空氣電池等是屬于可持續(xù)能源利用技術(shù)的范疇，其中陰極上氧氣還原反應(yīng)（ORR）的催化劑決定了電池性能的好壞，從而決定了能量轉(zhuǎn)化效率以及電池成本的高低。鉑或鉑的合金是目前廣泛應(yīng)用的ORR電催化劑。銀作為最便宜的一種貴金屬，價(jià)格只有鉑的2%，但是卻具有一定的催化活性及穩(wěn)定性能，但其性能還是遠(yuǎn)不如鉑催化劑?？紤]到催化劑的電催化活性與納米材料的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，與零維的銀納米粒子相比，一維銀納米線（Ag NWs）具有更好的電催化活性，但效果還是不盡人意。導(dǎo)致銀納米線催化活性低的主要原因可能與其低長(zhǎng)徑比有關(guān)。因此，科研人員希望制備一種二維的銀納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料[Ag nanonet（NN）]，即由高長(zhǎng)徑比的銀線通過(guò)自編織而形成。這種材料由于具有更好的電導(dǎo)和熱導(dǎo)性能，因此與零維、一維材料相比具有更好的催化活性與穩(wěn)定性能。并且，由于它們不容易發(fā)生聚集、溶解以及Ostwald熟化，Ag NN有望成為一種新型的ORR高活性電催化劑。進(jìn)一步，為了提高催化劑的電催化活性，人們常常選擇一種理想的碳材料作為載體。這種催化劑載體應(yīng)具備如下特點(diǎn)：良好的電子傳導(dǎo)能力、較大的比表面積、合理的孔結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的抗腐蝕性能。石墨烯的出現(xiàn)給人們帶來(lái)了福音，無(wú)疑是目前催化劑載體的最佳選擇。目前文獻(xiàn)報(bào)道的Ag NWs/GNSs納米復(fù)合材料制備條件比較苛刻，因此難于規(guī)?；a(chǎn)。另外，很重要的一個(gè)方面是，這些制備的Ag NWs長(zhǎng)徑比比較小，因此很難形成Ag NN。為了克服此缺點(diǎn)，中科院過(guò)程工程研究所張光晉研究員團(tuán)隊(duì)等報(bào)道可以采用多酸（POMs）作為唯一的還原劑一步同時(shí)還原金屬離子以及氧化石墨（GO），成功大規(guī)模地制備了二維Ag NN@POM-GNSs納米復(fù)合材料。并且通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該材料具有很好的電催化ORR性能。雖然起始電位還是比商業(yè)鉑材料更負(fù)，但是具有更大的極限電流密度及更好的穩(wěn)定性能，并且具有很好的抗甲醇干擾性能。因此可望實(shí)現(xiàn)對(duì)貴金屬鉑系催化劑的替代，具有重要的意義。上述相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 21071146，51002155）及國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）（No. 2012AA062903）的資助，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在J. Mater. Chem. A上（2013, 1, 11961–11969）。（過(guò)程工程研究所）

(a) Ag NN@POM-GNSs納米復(fù)合材料制備示意圖，(b) Ag NN@POM-GNSs納米復(fù)合材料SEM照片，(c) Ag NN@POM-GNSs納米復(fù)合材料TEM照片，(d) ORR線性掃描伏安曲線對(duì)比，(e) 穩(wěn)定性能測(cè)試，(f) Ag NN@POM-GNSs修飾電極抗甲醇干擾性能

新聞來(lái)源：http://www.cas.cn/ky/kyjz/201311/t20131104_3967179.shtml