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中科院過程工程研究所生化工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王丹研究員團(tuán)隊(duì)日前研發(fā)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(yīng)（ORR）中顯示出良好的催化性能，這一發(fā)現(xiàn)將推動(dòng)非金屬催化劑取代鉑基催化劑的進(jìn)程。

　　ORR是一個(gè)動(dòng)力學(xué)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(tǒng)的ORR催化劑主要為價(jià)格昂貴的鉑類材料，開發(fā)價(jià)格低廉的非貴金屬ORR催化劑是促進(jìn)燃料電池規(guī)模應(yīng)用的必然選擇。

　　研究證實(shí)，氮摻雜碳基催化劑具有良好的催化活性和穩(wěn)定性，有望取代鉑類催化劑在燃料電池中的應(yīng)用。研究人員以薄層石墨炔材料為基礎(chǔ)，通過周環(huán)反應(yīng)成功在薄層石墨炔的炔鍵上引入了新型的雜化氮原子，實(shí)現(xiàn)了氮的定點(diǎn)、定量摻雜。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該材料在堿性條件下，半波電位為0.87伏，動(dòng)力學(xué)電流密度每立方厘米38毫安，這一數(shù)據(jù)均優(yōu)于商業(yè)鉑—碳催化劑，并表現(xiàn)出更好的穩(wěn)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(yè)鉑—碳催化劑，但仍優(yōu)于其他非金屬催化劑。