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石墨炔作为催化剂应用研究获进展

 

本报讯 中科院青岛生物能源与过程研究所新型能源碳素材料团队研发了一种氮掺杂的石墨炔材料,用作氧还原反应,表现出优异的催化性能,相关工作近日发表于《应用材料与界面》。

石墨炔是一种新型碳材料,由炔键和苯环连接而成,具有特殊的sp杂化(一种较常见的杂化方式)碳原子,已被报道在光催化、电催化以及生物方面均表现出优异特性。研究利用石墨炔材料独特的炔键引起碳骨架中部分碳原子带正电的特性,进一步通过氮修饰,将石墨炔材料成功应用于氧还原电催化反应,表现出优异的氧还原催化性能。

石墨炔中碳原子被氮取代后,其电荷结构将被调控,与氮相邻的碳原子表现出更强的正电性,可作为氧还原反应的活性中心。由于石墨炔材料具有不同于常规碳材料(石墨烯、碳纳米管、石墨、无定形碳等)的特殊sp杂化碳原子,氮原子可以通过取代sp杂化碳,得到新的氮掺杂方式,理论和实验结果表明这种新的掺杂方式可以有效提高碳材料的催化性能。所制得的氮取代的石墨炔材料的氧还原催化性能与商业碳载铂催化剂相当。该工作显示石墨炔在电催化材料和燃料电池中的巨大应用前景,也为解决氧还原反应中铂等贵金属催化剂高昂的成本和储量有限的问题,提供了重要的途径。(晋楠)

《中国科学报》 (2017-11-15 第4版 综合)


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