石墨烯提高燃料電池氧還原催化劑性能

韓國蔚山國立科技大學（UNIST）研究團隊研發(fā)出一種具有高性能、高穩(wěn)定性的無金屬催化劑。研究成果發(fā)表在科學期刊Nanoscale上。

由于化石燃料的稀缺和日益增長的能源需求刺激了對能源轉(zhuǎn)換和儲能系統(tǒng)的研究，燃料電池因其顯著的能量密度和無環(huán)境污染的優(yōu)勢，在眾多的能量系統(tǒng)中脫穎而出。燃料電池被認為是未來電動汽車的電源首選，而氧還原催化劑是提高燃料電池性能的關(guān)鍵所在。

UNIST Byeong-Su教授的研究小組提出了一個雜原子摻雜石墨烯納米片的獨特設(shè)計，有利于提高氧還原的性能。下圖為材料的制備過程示意圖：將石墨粉末氧化并剝離，經(jīng)超聲波處理，得到褐色的氧化石墨烯（GO）納米分散體。氧化石墨烯邊緣上具有各種官能團，如羧酸（-COOH ），羥基（-OH ）和環(huán)氧基（ -COC ）。

摻雜氧化石墨烯的整體方案

當氧化石墨烯懸浮液與胺接觸，其羧酸基團會與胺反應(yīng)形成酰胺基，反應(yīng)在水溶性鹽酸鹽碳化二亞胺1-乙基-3 -（3 - 二甲基氨基丙基）碳二亞胺（ EDC ）中進行。在管式爐中，在氬氣氛下將氧化石墨烯懸浮液在800℃退火1小時，使氮摻雜到氧化石墨烯納米片中。

此外UNIST研究團隊展示了如何通過改變氮摻雜程度和結(jié)構(gòu)來提高催化劑的電化學性能。另外，他們進一步引入硼和硫等其它雜原子到納米石墨烯中，來探究不同摻雜原子對電催化劑性能的影響。