電催化電極材料的構筑及應用研究取得進展

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

　　目前開發的各種可再生能源生產和存儲技術中，電化學水裂解制氫、燃料電池、金屬-空氣電池等能量轉化和存儲裝置以其效率高、結構簡單、環境友好和應用范圍廣等優點受到廣泛關注。其中氧析出反應(OER) 在這些能量轉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。目前性能優異的催化劑主要是具備低過電勢和高電流密度等優點的釕基材料。然而由于貴金屬釕元素含量較少，此類材料難以得到大規模的工業應用。因而，研發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。但是實心結構的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，故而制備空心結構的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異質復合納米材料。該復合材料既保留了聚苯乙烯的球形結構，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，采用此種方法構筑的復合材料具有優異的導電能力和催化能力，且具有很好的循環穩定性能。上述研究成果對高性能能量轉換與存儲材料的設計、大規模制備及其應用具有重要意義。

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

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