米国のライス大学の科学者は、カソードナノマテリアルを最適化し、ドープされたナノマテリアルの触媒酸素還元反応（ORR）の原子レベルのメカニズムを説明することによって、燃料電池のコスト効率を改善する方法を模索しています。炭素ナノチューブ（CNT）または修飾グラフェンナノリボンは、急速な酸素還元のためのプラチナへの実行可能な代替物であり、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスであり、燃料電池の主な反応である。
酸素還元反応の最良の性能を得るために、異なるドーピング方法によって得られた異なる炭素材料を図に示す：灰色は炭素、ピンクはホウ素、青色は窒素、白色は水素である。
「開発の酸素還元：として説明したように、それらの良好な導電性および機械的特性、及びそのための高性能の、良いデザインは小龍ゾウ研究者のマテリアル今日における酸素還元反応などの炭素材料への鍵でありますプロトン交換膜燃料電池の反応のための大規模な高効率触媒のアプリケーションはゾウらナノスケール（2017）DOI「ナノスケールのジャーナルによると、」重要である：... 10.1039 / C7NR08061A「は、そのコンピュータシミュレーションを用いて研究グループを発見しましたグラフェンナノリボンの窒素/ホウ素ドープカーボンナノチューブの反応が遅すぎる理由に関する研究、および改善する方法の質問です。
導電性ナノチューブはナノリボンをドープしたり、交換膜燃料電池は、プロトンに陰極として使用されるのに役立つ化学結合、それらの特性を変更する。標準的な燃料電池において、水素燃料がアノードに添加し、次いで、プロトンに分離し負の電子電流が流れる電子が。利用可能になる、プロトンは、水と酸素を形成するために陰極と電子再結合に引き込まれます。
これは、相互作用は、ドーパントと化学的に修飾された間、窒素ドープカーボンナノチューブをより薄くすることができる最も効果的に機能することが判明した。ナノチューブ、ナノは、それらの曲率のこの点でもたらすよりも、歪ん化学結合エッジは、それが簡単に結合することができる。それらは、極薄7〜10オングストロームの半径が最も望ましいナノチューブことを見出しました。
カソード酸素還元触媒の大規模なアプリケーションの開発には、プロトン交換膜燃料電池のための効率的で非常に重要です。--Xiaolongゾウ
また、窒素とホウ素グラフェンナノリボンナノチューブをドープした広範なエッジで実証酸素吸収に匹敵する特性を示す。ここで、酸素は、二重結合を形成する機会を提供し、それらが正電荷に直接接続することができるように従って、ドープされたナノチューブは、良好な見通しを示しているが」が、ナノリボンギザギザのエッジは、（触媒活性を有する公知）は、いわゆる窒素置換ピリジン窒素に暴露することができる：ホウ素ドープサイトボリスYakobsonは、前記のように最高のパフォーマンスを達成できます。
現在、チームはリアルタイムでナノスケールの電気化学的プロセスを研究し、ドーパントと欠陥のある炭素材料との相互作用をより良好にして性能を改善する新しい方法を開発することを望んでいる。
