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(yīng)用進(jìn)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(yīng)用進(jìn)展

近年來，中國科學(xué)院合肥固體物理研究所液相環(huán)境激光加工實(shí)驗(yàn)室在制備具有雙活性位點(diǎn)的鐵氮摻雜多孔碳/石墨烯復(fù)合材料及其在氧還原中的應(yīng)用方面取得了進(jìn)展。相關(guān)工作發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會應(yīng)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(yīng)（ORR）的動力學(xué)過程緩慢，催化劑的反應(yīng)速度慢。E通常需要提高反應(yīng)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(yīng)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(diǎn)。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(xué)反應(yīng)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(tuán)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(jìn)一步的電化學(xué)試驗(yàn)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?；蹖Υ呋瘎┑拇呋钚杂兄匾绊?。

這項(xiàng)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(xué)基金國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）的支持。以及中國科學(xué)院科研設(shè)備研發(fā)項(xiàng)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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