過程工程所制備高活性燃料電池氧氣還原反應電催化劑

發布時間：2013-11-04 15:02 原文鏈接：過程工程所制備高活性燃料電池氧氣還原反應電催化劑

　　當前，全球能源危機的到來及環境污染問題的日益嚴重迫使人們越來越多地關注可持續能源的開發利用，包括可持續能源的儲存與轉化。燃料電池與金屬-空氣電池等是屬于可持續能源利用技術的范疇，其中陰極上氧氣還原反應(ORR)的催化劑決定了電池性能的好壞，從而決定了能量轉化效率以及電池成本的高低。鉑或鉑的合金是目前廣泛應用的ORR電催化劑。銀作為最便宜的一種貴金屬，價格只有鉑的2%，但是卻具有一定的催化活性及穩定性能，但其性能還是遠不如鉑催化劑。考慮到催化劑的電催化活性與納米材料的結構息息相關，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。導致銀納米線催化活性低的主要原因可能與其低長徑比有關。因此，科研人員希望制備一種二維的銀納米網絡結構材料[Ag nanonet(NN)]，即由高長徑比的銀線通過自編織而形成。這種材料由于具有更好的電導和熱導性能，因此與零維、一維材料相比具有更好的催化活性與穩定性能。并且，由于它們不容易發生聚集、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。這種催化劑載體應具備如下特點：良好的電子傳導能力、較大的比表面積、合理的孔結構以及優異的抗腐蝕性能。石墨烯的出現給人們帶來了福音，無疑是目前催化劑載體的最佳選擇。

　　目前文獻報道的Ag NWs/GNSs納米復合材料制備條件比較苛刻，因此難于規模化生產。另外，很重要的一個方面是，這些制備的Ag NWs長徑比比較小，因此很難形成Ag NN。為了克服此缺點，中科院過程工程研究所張光晉研究員團隊等報道可以采用多酸(POMs)作為唯一的還原劑一步同時還原金屬離子以及氧化石墨(GO)，成功大規模地制備了二維Ag NN@POM-GNSs納米復合材料。并且通過進一步研究發現，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鉑材料更負，但是具有更大的極限電流密度及更好的穩定性能，并且具有很好的抗甲醇干擾性能。因此可望實現對貴金屬鉑系催化劑的替代，具有重要的意義。

　　上述相關研究得到了國家自然科學基金(No. 21071146，51002155)及國家高技術研究發展計劃(863)(No. 2012AA062903)的資助，相關研究結果發表在J. Mater. Chem. A上(2013, 1, 11961–11969)。