石墨化氮化碳负载Cu纳米颗粒用作高效氧还原电催化剂（英文）

高活性低成本氧还原反应(ORR)电催化剂是燃料电池和金属/空气电池等可再生能源技术的关键组成部分.在离子液体[(C_(16)mim)_2CuCl_4]和质子化的石墨化氮化碳(g-CN)的存在下,采用简易的水热反应制备了Cu/g-CN电催化剂用于ORR.与纯的g-CN相比,所制Cu/g-CN表现出高的ORR催化活性:起始电势正移99 mV,为2倍动力学电流密度.另外,Cu/g-CN还表现出比商用Pt/C(HiSPECTM 3000,20%)催化剂更好的稳定性和甲醇容忍性.因此,该催化剂作为廉价的高效ORR电催化剂有望应用于燃料电池中.     

一锅法制备Fe2O3@Fe-N-C氧还原电催化剂及其锌-空气电池的性能研究

在金属空气电池和燃料电池阴极上的氧还原反应(ORR)对相关电化学能量转换装置的整体性能有重要影响,金属-氮-碳催化剂有望替代传统的商业Pt-C成为新一代ORR电催化剂。本文通过简便的一步热解工艺合成了具有Fe-N_x活性位点和Fe₂O₃纳米颗粒共存的电催化剂,Fe₂O₃@Fe-N-C-1000催化剂在0.1 mol·L^-1 KOH溶液中表现出良好的ORR活性,半波电位为0.84 V,应用在锌-空气电池中时也具有可以和商业Pt-C媲美的性能,能量密度为88.3 mW·cm^-2,同时和Pt-C相比具有更好电化学稳定性,表现出优良的ORR应用潜力。     

高分散Fe-N-C氧还原反应电催化剂及其在直接甲醇燃料电池中的应用

氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池等洁净发电装置中阴极的主要反应,该反应动力学过程慢,电化学极化严重. Pt基电催化剂具有较好的ORR活性,然而Pt资源有限、价格昂贵,研制高活性、低成本的代Pt电催化剂意义重大.经过几十年的探索,研究者发现将含有C, N和Fe等元素的前体进行高温热处理得到的Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的活性,然而在高温热解过程中Fe容易发生聚集而形成大块颗粒,导致Fe的利用率不高,影响了电催化剂的ORR活性.
　　本文分别以聚吡咯和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为C和N的前驱体,利用高温热解形成的富含微孔的碳材料对铁前体的吸附及锚定作用,获得了一种Fe高度分散的Fe-N-C电催化剂.采用物理吸脱附技术、高分辨透射电镜(HRTEM)和扫描电镜对Fe-N-C及其制备过程中相关电催化剂的孔结构及表面形貌进行了表征.结果表明,在第一步热解过程中, EDTA-2Na的Na对碳材料起到了活化作用,形成富含微孔的N掺杂碳材料(N-C-1),其BET比表面积达到1227 m2/g,孔径约1.1 nm.在第二步热解过程中, N-C-1有效地抑制了Fe的聚集,产物Fe-N-C中的Fe元素均匀地分布在碳材料中,其比表面积高达1501 m2/g.
　　电化学测试结果表明,在碱性介质(0.1 mol/L NaOH)中, Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的催化活性, ORR起始电位(Eo)为1.08 V (vs. RHE),半波电位(E1/2)0.88 V,电子转移数n接近4, H2O2产率<3%,与商品20%Pt/C(Johnson Matthey)接近.电化学加速老化测试结果表明, Fe-N-C的E1/2未发生明显变化,而Pt的负移45 mV,表明Fe-N-C具有很好的稳定性;在酸性介质(0.1 mol/L HClO4)中, Fe-N-C的Eo为0.85 V, E1/2为0.75 V,其E1/2比Pt/C负移约0.15 V,表明在酸性介质中Fe-N-C对ORR的催化活性还有待提高.采用TEM、X射线衍射、X射线光电子能谱以及穆斯堡尔谱等方法研究了电催化剂构效关系.结果表明, Fe-N-C较好的ORR活性主要来自于高分散的Fe-N4结构,此外, N(吡啶N和石墨N)掺杂的C也对反应具有一定的催化活性.
　　与Pt/C相比, Fe-N-C电催化剂具有很好的耐甲醇性能.本文对比了Fe-N-C和Pt/C作为阴极催化剂的直接醇类燃料电池(DMFC)性能,采用质子交换膜的DMFC最大功率密度分别为47(Fe-N-C)和79 mW/cm2(Pt/C),而采用碱性电解质膜的则分别为33(Fe-N-C)和8 mW/cm2(Pt/C).结合半电池结果表明, Fe-N-C电催化剂在碱性介质中具有比Pt更为优秀的催化活性和稳定性,有望用作DMFC阴极代Pt催化剂.     

高分散Fe-N-C氧还原反应电催化剂及其在直接甲醇燃料电池中的应用（英文）

氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池等洁净发电装置中阴极的主要反应,该反应动力学过程慢,电化学极化严重.Pt基电催化剂具有较好的ORR活性,然而Pt资源有限、价格昂贵,研制高活性、低成本的代Pt电催化剂意义重大.经过几十年的探索,研究者发现将含有C,N和Fe等元素的前体进行高温热处理得到的Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的活性,然而在高温热解过程中Fe容易发生聚集而形成大块颗粒,导致Fe的利用率不高,影响了电催化剂的ORR活性.本文分别以聚吡咯和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为C和N的前驱体,利用高温热解形成的富含微孔的碳材料对铁前体的吸附及锚定作用,获得了一种Fe高度分散的Fe-N-C电催化剂.采用物理吸脱附技术、高分辨透射电镜(HRTEM)和扫描电镜对Fe-N-C及其制备过程中相关电催化剂的孔结构及表面形貌进行了表征.结果表明,在第一步热解过程中,EDTA-2Na的Na对碳材料起到了活化作用,形成富含微孔的N掺杂碳材料(N-C-1),其BET比表面积达到1227 m~2/g,孔径约1.1 nm.在第二步热解过程中,N-C-1有效地抑制了Fe的聚集,产物Fe-N-C中的Fe元素均匀地分布在碳材料中,其比表面积高达1501 m~2/g.电化学测试结果表明,在碱性介质(0.1 mol/L NaOH)中,Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的催化活性,ORR起始电位(E_o)为1.08 V(vs.RHE),半波电位(E_(1/2))0.88 V,电子转移数n接近4,H_2O_2产率3%,与商品20%Pt/C(Johnson Matthey)接近.电化学加速老化测试结果表明,Fe-N-C的E_(1/2)未发生明显变化,而Pt的负移45 mV,表明Fe-N-C具有很好的稳定性;在酸性介质(0.1 mol/L HClO_4)中,Fe-N-C的E_o为0.85 V,E_(1/2)为0.75 V,其E_(1/2)比Pt/C负移约0.15 V,表明在酸性介质中Fe-N-C对ORR的催化活性还有待提高.采用TEM、X射线衍射、X射线光电子能谱以及穆斯堡尔谱等方法研究了电催化剂构效关系.结果表明,Fe-N-C较好的ORR活性主要来自于高分散的Fe-N_4结构,此外,N(吡啶N和石墨N)掺杂的C也对反应具有一定的催化活性.与Pt/C相比,Fe-N-C电催化剂具有很好的耐甲醇性能.本文对比了Fe-N-C和Pt/C作为阴极催化剂的直接醇类燃料电池(DMFC)性能,采用质子交换膜的DMFC最大功率密度分别为47(Fe-N-C)和79 mW/cm~2(Pt/C),而采用碱性电解质膜的则分别为33(Fe-N-C)和8 mW/cm~2(Pt/C).结合半电池结果表明,Fe-N-C电催化剂在碱性介质中具有比Pt更为优秀的催化活性和稳定性,有望用作DMFC阴极代Pt催化剂.     

PtCu2八面体形貌调控及氧还原电催化性能研究北大核心CSCD

利用溶剂热法,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中共同还原乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)和乙酰丙酮铜(Cu(acac)_2)制备PtCu八面体合金催化剂.PtCu_2八面体表现出明显的晶格收缩、较高比例的非氧化态Pt单质和较高的电子结合能,进而表现出较弱的含氧物种吸附强度和较低的d带中心位置.系统研究结构导向剂对PtCu合金形貌影响.在半电池测试中,由于PtCu_2具有均匀分散的规则八面体形貌结构,导致在0.9 V vs.RHE处氧还原(ORR)的质量比活性和面积比活性分别是Pt/C(JM)的6.3和27.2倍,并在加速衰减测试后其ORR的质量比活性仍达到Pt/C(JM)的4.5倍.     

一步热解核黄素制备高性能氧还原反应电催化剂（英文）

质子交换膜燃料电池具有零污染、能量密度高、操作温度低和超静低音等优点,因而广泛应用于新能源汽车动力电源.然而质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应(ORR)过程缓慢且复杂,因此需要大量的高性能ORR电催化剂.商品铂基催化剂是目前最为广泛使用的ORR催化剂,然而其高昂的价格阻碍了燃料电池汽车的商业化进程.因此,近年来人们致力于研发高性能的非贵金属ORR催化剂,并成功获得了具有高ORR活性及优异稳定性的催化剂.然而开发贵金属替代催化剂还存在制备过程较为复杂、单体有毒等缺点.核黄素具有成本低廉、无毒、氮含量高等优点,本文将其直接作为碳源和氮源,以无水氯化铁为铁前驱体,通过简单的一步热解法制备了高性能的Fe–N–C催化剂.表征结果表明,合成的催化剂表面由于氮的掺杂导致石墨烯存在较多的缺陷,其比表面积为301 m~2g~(–1)且孔径分布主要位于45 nm处;催化剂由很薄、卷曲的石墨烯片层和一些颗粒组成,其中的碳材料高度石墨化且存在Fe_2O_3晶体.结合X射线光电子能谱和催化剂的ORR活性,推导出石墨化氮为ORR的主要活性位,铁在ORR反应中也起着重要作用.在氧气饱和的0.1 mol L~(–1) KOH溶液中,Fe–N–C催化剂的ORR活性达到4.16 mA cm~(–2),与商品Pt/C催化剂相当(4.46 mA cm~(–2)).采用计时电流法在0.66 V(相对于RHE电位)下运行3 h后,Fe–N–C催化剂电流仅下降了3%,而Pt/C催化剂下降了40%,表明Fe–N–C催化剂与Pt/C催化剂具有相近的ORR活性,但稳定性比Pt/C催化剂更出色.测试结果表明,Fe–N–C催化剂的抗甲醇毒化性能远优于Pt/C催化剂.在酸性介质中,Fe–N–C催化剂的ORR活性比Pt/C催化剂低,但稳定性更高.总之,该Fe–N–C催化剂在碱性介质中有较高的活性和稳定性,在酸性介质中有较高的稳定性.因此,我们采用廉价、无毒的核黄素作为碳氮源,通过简单的一步热解法制备出的Fe–N–C催化剂能较好地满足燃料电池ORR催化剂高性能和低成本的要求,具有很好的应用前景.     

一步热解核黄素制备高性能氧还原反应电催化剂

质子交换膜燃料电池具有零污染、能量密度高、操作温度低和超静低音等优点,因而广泛应用于新能源汽车动力电源.然而质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应(ORR)过程缓慢且复杂,因此需要大量的高性能ORR电催化剂.商品铂基催化剂是目前最为广泛使用的ORR催化剂,然而其高昂的价格阻碍了燃料电池汽车的商业化进程.因此,近年来人们致力于研发高性能的非贵金属ORR催化剂,并成功获得了具有高ORR活性及优异稳定性的催化剂.然而开发贵金属替代催化剂还存在制备过程较为复杂、单体有毒等缺点.核黄素具有成本低廉、无毒、氮含量高等优点,本文将其直接作为碳源和氮源,以无水氯化铁为铁前驱体,通过简单的一步热解法制备了高性能的Fe-N-C催化剂.表征结果表明,合成的催化剂表面由于氮的掺杂导致石墨烯存在较多的缺陷,其比表面积为301 m2 g-1且孔径分布主要位于45 nm处;催化剂由很薄、卷曲的石墨烯片层和一些颗粒组成,其中的碳材料高度石墨化且存在Fe2O3晶体.结合X射线光电子能谱和催化剂的ORR活性,推导出石墨化氮为ORR的主要活性位,铁在ORR反应中也起着重要作用.在氧气饱和的0.1 mol L-1 KOH溶液中,Fe-N-C催化剂的ORR活性达到4.16 mA cm-2,与商品Pt/C催化剂相当(4.46 mA cm-2).采用计时电流法在0.66 V(相对于RHE电位)下运行3 h后,Fe-N-C催化剂电流仅下降了3%,而Pt/C催化剂下降了40%,表明Fe-N-C催化剂与Pt/C催化剂具有相近的ORR活性,但稳定性比Pt/C催化剂更出色.测试结果表明,Fe-N-C催化剂的抗甲醇毒化性能远优于Pt/C催化剂.在酸性介质中,Fe-N-C催化剂的ORR活性比Pt/C催化剂低,但稳定性更高.总之,该Fe-N-C催化剂在碱性介质中有较高的活性和稳定性,在酸性介质中有较高的稳定性.因此,我们采用廉价、无毒的核黄素作为碳氮源,通过简单的一步热解法制备出的Fe-N-C催化剂能较好地满足燃料电池ORR催化剂高性能和低成本的要求,具有很好的应用前景.     

单分散的超小PtCu合金的制备及其氧还原电催化性能

在无表面活性剂存在条件下,采用NaBH4还原CuCl_2得到Cu纳米颗粒,以此为助分散剂,进一步还原CuCl_2与K_2PtCl_4得到平均粒径为2.1 nm的PtCu合金纳米颗粒,并被担载到活性炭上.超小的单分散PtCu合金纳米颗粒表现出明显的晶格紧缩、一定程度的Pt表面偏析、较高比例的非氧化态Pt单质和较高的电子结合能,进而表现出较弱的Pt与含氧物种的吸附作用强度.半电池测试得到的0.9 V vs.RHE处氧还原催化(ORR)的面积比活性、质量比活性分别达到Pt/C(JM)的6.6倍和3.8倍,并且加速衰减测试后,ORR电催化活性优势仍很明显,表现出良好的稳定性.在全电池100 mA/cm~2测试条件下,超小的合金催化剂显示出优于Pt/C(JM)的电催化活性及稳定性.本文制备方法也可应用于得到担载型超小单分散PtCo、PtNi等合金纳米颗粒.     

PtCu2八面体形貌调控及氧还原电催化性能研究

利用溶剂热法,在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中共同还原乙酰丙酮铂（Pt(acac)₂）和乙酰丙酮铜（Cu(acac)₂）制备PtCu八面体合金催化剂. PtCu₂八面体表现出明显的晶格收缩、较高比例的非氧化态Pt单质和较高的电子结合能,进而表现出较弱的含氧物种吸附强度和较低的d 带中心位置. 系统研究结构导向剂对PtCu合金形貌影响. 在半电池测试中,由于PtCu₂具有均匀分散的规则八面体形貌结构,导致在0.9 V vs. RHE处氧还原（ORR）的质量比活性和面积比活性分别是Pt/C（JM）的6.3和27.2倍,并在加速衰减测试后其ORR的质量比活性仍达到Pt/C（JM）的4.5倍.     

银锡双金属催化剂的制备及其对氧还原的催化性能

在乙醇为溶剂和还原剂、碳粉为载体的体系中,采用水热法将Ag+或Ag+-Sn2+还原,形成纳米多孔网状结构的Ag或Ag-Sn双金属纳米颗粒,制备碳粉负载的Ag/C和Ag-Sn/C催化剂。 利用循环伏安和线性扫描技术,研究了碱性溶液中这些催化剂对氧还原反应(ORR)的电活性。 研究表明,Ag/C和Ag-Sn/C对ORR均表现出强的电催化活性,它们对ORR的起始电位约0.05 V（vs.Ag/AgCl）。 在Ag97Sn3/C催化剂上,ORR的电流密度为2.87×10-3 A/cm2(800 r/min),高于Ag/C。 Levich方程分析表明,在Ag-Sn/C催化剂上,ORR转移电子数明显大于Ag/C,说明在Ag-Sn/C催化剂上,氧气能够较为彻底被还原。 此外,在甲醇存在下,Ag/C和Ag-Sn/C对ORR的活性基本保持不变,表明它们对甲醇有较强的耐受力。     

Paper-derived cobalt and nitrogen co-doped carbon nanotube@porous carbon as a nonprecious metal electrocatalyst for the oxygen reduction reaction

The oxygen reduction reaction (ORR) is a vitally important process in fuel cells. The development of high-performance and low-cost ORR electrocatalysts with outstanding stability is essential for the commercialization of the electrochemical energy technology. Herein, we report a facile synthesis of cobalt (Co) and nitrogen (N) co-doped carbon nanotube@porous carbon (Co/N/CNT@PC-800) electrocatalyst through a one-step pyrolysis of waste paper, dicyandiamide, and cobalt(II) acetylacetonate. The surface of the hierarchical porous carbon supported a large number of carbon nanotubes (CNTs), which were derived from dicyandiamide through the catalysis of Co. The addition of Co resulted in the formation of a hierarchical micro/mesoporous structure, which was beneficial for the exposure of active sites and rapid transportation of ORR-relevant species (O₂, H⁺, OH^?, and H₂O). The doped N and Co formed more active sites to enhance the ORR activity of the electrocatalyst. The Co/N/CNT@PC-800 material exhibited optimal ORR performance with an onset potential of 0.005 V vs. Ag/AgCl and a half-wave potential of –0.173 V vs. Ag/AgCl. Meanwhile, the electrocatalyst showed an excellent methanol tolerance and a long-term operational durability than that of Pt/C, as well as a quasi-four-electron reaction pathway. The low-cost and simple synthesis approach makes the Co/N/CNT@PC-800 a prospective electrocatalyst for the ORR. Furthermore, this work provides an alternative approach for exploring the use of biomass-derived electrocatalysts for renewable energy applications.     

Facile synthesis of highly active and stable Pt-Ir/C electrocatalysts for oxygen reduction and liquid fuel oxidation reaction

A facile room temperature synthesis technique has been developed for Pt-Ir/C electrocatalysts for applications to low-temperature fuel cells. The prepared Pt(x)Ir(y) electrocatalyst was highly stable and active toward the oxygen reduction reaction (ORR), as well as liquid fuel oxidation reaction with high CO tolerance.     

以金属有机骨架为前驱体的高活性氧还原非贵金属催化剂制备

The development of a non‐precious metal electrocatalyst (NPME) with a performance superior to commercial Pt/C for the oxygen reduction reaction (ORR) is important for the commercialization of fuel cells. We report the synthesis of a NPME by heat‐treating Co‐based metal organic frameworks (ZIF‐67) with a small average size of 44 nm. The electrocatalyst pyrolyzed at 600 °C showed the best performance and the performance was enhanced when it was supported on BP 2000. The resulting electrocatalyst was composed of 10 nm Co nanoparticles coated by 3–12 layers of N doped graphite layers which as a whole was embedded in a carbon matrix. The ORR performance of the electrocatalyst was tested by rotating disk electrode tests in O2‐saturated 0.1 mol/L KOH under ambient conditions. The electrocatalyst (1.0 mg/cm2) showed an onset potential of 1.017 V (vs. RHE) and a half‐wave potential of 0.857 V (vs. RHE), which showed it was as good as the commer‐cial Pt/C (20μgPt/cm2). Furthermore, the electrocatalyst possessed much better stability and re‐sistance to methanol crossover than Pt/C.     

基于超重力技术开展Co-N-CNTs催化剂制备及其氧还原性能的研究

开发高效的非贵金属氧还原(ORR)催化剂是促进燃料电池商业化进程的关键。本研究利用超重力技术制备了一种优良的非贵金属ORR催化剂Co-N-CNTs。物理表征表明,通过超重力技术可以使作为活性位点的金属Co纳米颗粒均匀分布在Co-N-CNTs催化剂表面,X射线光电子能谱(XPS)揭示Co-N-CNTs催化剂中的N元素不仅可以和碳纳米管(CNTs)中的C元素形成吡咯氮和石墨氮,还可以形成具有更高氧还原活性的吡啶氮结构。电化学测试结果表明,通过超重力技术制备的Co-N-CNTs催化剂的起始电位和半波电位与商业Pt/C催化剂相当;而且,Co-N-CNTs催化剂展现出优良的抗甲醇性能。     

A Layer-Structured Metal-Organic Framework-Derived Mesoporous Carbon for Efficient Oxygen Reduction Reaction

Developing highly active and durable electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) is crucial to large-scale commercialization of fuel cells and metal-air batteries. Here we report a facile approach for the synthesis of nitrogen and oxygen dual-doped mesoporous layer-structured carbon electrocatalyst embedded with graphitic carbon coated cobalt nanoparticles by direct pyrolysis of a layer-structured metal-organic framework. The electrocatalyst prepared at 800℃ exhibits comparable ORR performance to Pt/C catalysts but possesses superior stability to Pt/C catalysts. This synthetic approach provides new prospects in developing sustainable carbon-based electrocatalysts for electrochemical energy conversion devices.     

Transition metal coordinated framework porphyrin for electrocatalytic oxygen reduction

A series of transition metal coordinated framework porphyrin was evaluated regarding the electrocatalytic oxygen reduction reactivity for an optimized selection of the coordinated metal ion.     

基于内嵌钴/氮掺杂多孔碳三维石墨烯笼的抗团聚高效氧还原电催化剂

氧还原反应是决定燃料电池、金属-空气电池等多种新型清洁能源存储与转化技术之性能与应用的关键反应. 铂及其合金是目前催化活性最好的氧还原反应催化剂,但其高昂的成本限制了规模化应用. 在小尺寸效应作用下,微纳米结构催化剂颗粒在电极制备与电化学反应过程中的团聚限制了催化剂本征催化活性的充分发挥. 本文基于喷雾热解技术,发展了一种基于内嵌钴/氮掺杂多孔碳三维石墨烯笼的高活性、抗团聚非贵金属氧还原反应催化剂. 此结构中,金属有机骨架化合物ZIF-67衍生的钴/氮掺杂多孔碳纳米结构是催化氧还原反应的活性中心,包覆其外的三维石墨烯笼不仅可在钴/氮掺杂碳纳米结构之间构建连续的三维载流子传导网络,且可高效抑制其在催化剂制备与电化学反应过程中的团聚与活性损失. 在碱性电解液中,此类非贵金属催化剂表现出可与铂基催化剂媲美的氧还原反应活性和优异的稳定性.     

Caging Porous Co-N-C Nanocomposites in 3D Graphene as Active and Aggregation-Resistant electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction北大核心CSCD

Oxygen reduction reaction (ORR) is the cornerstone reaction of many renewable energy technologies such as fuel cells and rechargeable metal-air batteries.The Pt-based electrocatalysts exhibit the highest activity toward ORR, but their large implementation is greatly prohibiting by unaffordable cost and inferior durability.During electrode manufacturing and electrochemical reaction, severe aggregation of catalyst nanoparticles induced by size effect further limits the operational performance of electrocatalysts.We report a new strategy for fabrication of active and aggregation-resistant ORR electrocatalyst by caging metal-organic frameworks derived Co-N-C nanocomposites in permeable and porous 3D graphene cages via sprayed drying the mixed colloids of ZIF-67 nanoparticles and graphene oxide, followed by annealing.The 3D graphene cages around Co-N-C nanocomposites not only provide a continuous conductive network for charge transfer, but also prevent the active phase from aggregation during electrode manufacturing and electrochemical reactions.When evaluated as an ORR electrocatalyst, the material exhibited comparable activity but superior stability to commercial Pt/C catalyst in an alkaline electrolyte. © 2018 Chinese Chemical Society. All rights reserved.     

Ordered mesoporous carbon nitrides with graphitic frameworks as metal-free, highly durable, methanol-tolerant oxygen reduction catalysts in an acidic medium

Developments of high-performance cost-effective electrocatalyts that can replace Pt catalysts have been a central theme in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) and direct methanol fuel cells (DMFCs). In this direction, nitrogen-doped carbon nanostructures free of metallic components have attracted particular attention. Here we show that directing graphitic carbon nitride frameworks into mesoporous architecture can generate a highly promising metal-free electrocatalyst for an oxygen reduction reaction (ORR) in an acidic medium. The ordered mesoporous carbon nitride (OMCN) was synthesized with a nanocasting strategy using ordered mesoporous silica as a template. A variety of characterizations revealed that the OMCN is constructed with graphitic carbon nitride frameworks and ordered arrays of uniform mesopores. The OMCN showed significantly enhanced electrocatalytic activity for ORR compared to bulk carbon nitride and ordered mesoporous carbon in terms of the current density and onset potential. A high surface area and an increased density of catalytically active nitrogen groups in the OMCN appear to contribute concomitantly to the enhanced performance of the OMCN. Furthermore, the OMCN exhibited superior durability and methanol tolerance to a Pt/C catalyst, suggesting its widespread utilization as an electrocatalyst for PEMFCs and DMFCs.     

通过铁掺杂和造孔提高氮掺杂石墨烯/碳纳米管复合物电催化氧还原性能的研究（英文）

氧还原反应催化剂的性能直接影响着能源转换和存储器件如燃料电池和金属-空气电池的性能. 开发低成本、高性能的非铂族金属氧还原催化剂对于这类器件的实际应用和商业化十分重要,因此备受关注. 氮掺杂的石墨烯/碳纳米管复合物同时具备碳纳米管的良好导电性能和有利于传质的三维网络结构优点,以及氮掺杂石墨烯的高活性优点,因此有望发展为这类可替代铂族催化剂的氧还原电催化剂之一,但目前其催化性能还需进一步提高. 本文研究发现通过在氮掺杂石墨烯/碳纳米管复合物的过程中引入铁元素可以有效提高催化剂的氧还原活性,并且发现通过在热处理和氮掺杂过程中加入二氧化硅纳米颗粒及随后除去二氧化硅,可以在氮掺杂的石墨烯/碳纳米管复合物材料中有效地形成多孔结构. 这种多孔结构的形成不仅可以在复合物中引入更多的高活性催化位点,而且有利于暴露更多的催化活性位并促进氧还原反应中的传质过程. 结合碳纳米管、石墨烯和多孔结构的三者优点,所制备的多孔氮掺杂碳材料表现出优异的电催化氧还原性能. 进一步的实验表明,这类材料还表现出优异的抗甲醇中毒能力和良好的稳定性,因此在性能改进后有望用于燃料电池等能量转换与存储器件.