高活性燃料電池ORR電催化劑

當(dāng)前，能源危機(jī)的到來及環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重迫使人們越來越多地關(guān)注可持續(xù)能源的開發(fā)利用，包括可持續(xù)能源的儲存與轉(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Pian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(wěn)定性能，但其性能還是遠(yuǎn)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(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(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)給人們帶來了福音，無疑是目前催化劑載體的加選擇。

目前文獻(xiàn)報道的Ag NWs/GNSs納米復(fù)合材料制備條件比較苛刻，因此難于規(guī)模化生產(chǎn)。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(diǎn)，中科院過程工程研究所張光晉研究員團(tuán)隊等報道可以采用多酸（POMs）作為唯yi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(guī)模地制備了二維Ag NN@POM-GNSs納米復(fù)合材料。并且通過進(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)對貴金屬鉑系催化劑的替代，具有重要的意義。

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比，

(e) 穩(wěn)定性能測試，(f) Ag NN@POM-GNSs修飾電極抗甲醇干擾性能。

上述相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金（No. 21071146，51002155）及國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（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, 1196111969）。（過程工程研究所）