合肥研究所制備鐵氮摻雜多孔炭和石墨烯及其在氧還原中的應用進展

合肥研究所制備鐵氮摻雜多孔炭和石墨烯及其在氧還原中的應用進展

近年來，中國科學院合肥固體物理研究所液相環(huán)境激光加工實驗室在制備具有雙活性位點的鐵氮摻雜多孔碳/石墨烯復合材料及其在氧還原中的應用方面取得了進展。相關(guān)工作發(fā)表在美國化學學會應用材料界面上。

由于化石能源的消耗和自然環(huán)境的惡化，人們開始開發(fā)可持續(xù)的能源儲存和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，如金屬-空氣電池、燃料電池等，然而，這些能量轉(zhuǎn)換和存儲裝置的氧還原反應（ORR）的動力學過程緩慢，催化劑的反應速度慢。E通常需要提高反應的活性。

研究發(fā)現(xiàn)，目前鉑基電催化劑對ORR具有良好的性能，但貴金屬鉑儲量小，價格昂貴，不利于大規(guī)模推廣應用，因此尋找性能優(yōu)良、穩(wěn)定性好的非貴金屬催化劑是目前研究的熱點。其中，鐵氮碳電催化劑由于其表面富金屬氮雙活性位的存在，引起了人們越來越多的關(guān)注，目前，這些催化劑通常需要在高溫下合成，在合成過程中容易引起催化劑聚集，從而降低了催化劑的電活性。e催化劑的比表面積和暴露的活性部位的數(shù)量。

為了解決這些問題，研究人員采用液相激光燒蝕技術(shù)，在溫和的環(huán)境中產(chǎn)生局部的特殊極端條件（液固界面）。首先，獲得了高活性、高化學反應活性的鐵膠體納米粒子。將顆粒均勻地加載到氧化石墨烯（Go）納米片表面，然后引入碳氮源和后續(xù)的熱分解過程制備鐵-N-C /RGO電催化劑（如圖（a）～（e）所示），由于石墨烯形成的片狀結(jié)構(gòu)，有效地避免了催化劑的團聚。Ed使催化劑的比表面積和暴露的活性部位增加，鐵氮碳電催化劑的催化活性提高，進一步的電化學試驗表明，催化劑具有良好的電催化性能（如圖（f）～（i），鐵基納米顆粒和鐵氮位置在Ca中。滑石粉對催化劑的催化活性有重要影響。

這項工作為新型金屬氮/碳電催化劑的研制和開發(fā)提供了新的研究思路，有望取代貴金屬鉑作為燃料電池和金屬空氣電池，其研究工作得到國家自然科學基金國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）的支持。以及中國科學院科研設(shè)備研發(fā)項目。

Fe-N-C/rgo催化劑：（a）SEM照片；（b，c）TEM照片；（d）HAADF-STEM照片；（e）EDX繪圖照片；（f）不同催化劑在0.1 m氮或氧飽和KOH溶液中的循環(huán)伏安曲線；（g）鐵-N-C/rgo在0.1 m氧飽和KOH溶液中的線性掃描伏安曲線；（h）線性掃描伏安在0.1 M氫氧化鉀溶液中，不同速度下鐵氮碳比的測定曲線；（h）在0.1 M氫氧化鉀溶液中，鐵氮碳比的線性掃描伏安曲線；（i）不同催化劑的塔菲爾曲線。

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