中科院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室王丹研究員團隊日前研發出一種雜化氮摻雜的石墨炔，在催化燃料電池陰極氧還原反應(ORR)中顯示出良好的催化性能，這一發現將推動非金屬催化劑取代鉑基催化劑的進程。
ORR是一個動力學遲緩的過程，需要在催化劑的作用下才能輸出有效的電流密度。王丹介紹，傳統的ORR催化劑主要為價格昂貴的鉑類材料，開發價格低廉的非貴金屬ORR催化劑是促進燃料電池規模應用的必然選擇。
研究證實，氮摻雜碳基催化劑具有良好的催化活性和穩定性，有望取代鉑類催化劑在燃料電池中的應用。研究人員以薄層石墨炔材料為基礎，通過周環反應成功在薄層石墨炔的炔鍵上引入了新型的雜化氮原子，實現了氮的定點、定量摻雜。
實驗結果顯示，該材料在堿性條件下，半波電位為0.87伏，動力學電流密度每立方厘米38毫安，這一數據均優于商業鉑—碳催化劑，并表現出更好的穩定性和甲醇耐受性。在酸性條件下，該材料的活性雖略低于商業鉑—碳催化劑，但仍優于其他非金屬催化劑。
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