Институт физики твердого тела, Китайская академия наук, Институт физики твердого тела, Китайская академия наук, Подготовка и обработка легированных железо-азотом пористых углерод-графеновых композитов с двойными активными участками и их применение в кислородном восстановлении Достигнутый прогресс, связанная работа была опубликована в ACS Applied Materials & Interfaces.
Из-за истощения ископаемой энергии и ухудшения состояния окружающей среды люди начали активно разрабатывать устойчивые системы хранения и преобразования энергии, такие как метал-воздушные батареи, топливные элементы и т. Д. Однако мощность реакции восстановления кислорода (ORR) этих устройств преобразования и хранения энергии Процесс обучения медленный и часто требует использования катализатора для увеличения активности реакции.
Исследования показали, что электрокатализаторы на основе платины в настоящее время являются катализаторами с лучшей производительностью для ORR. Однако запасы платины из драгоценных металлов небольшие, а цена дорогая, что не способствует крупномасштабному применению, поэтому найти катализатор из недрагоценных металлов с отличной производительностью и хорошей стабильностью. Это направление исследований, среди которых электрокатализаторы на основе железа и азота на углерод получают все большее внимание из-за богатых двухвалентных активных металлов на поверхности металла. В настоящее время такие катализаторы обычно синтезируются при высоких температурах. А в процессе синтеза легко приводят к агломерации катализатора, тем самым снижая удельную площадь поверхности катализатора и количество открытых активных центров.
В ответ на эти проблемы исследователи использовали технологию лазерной абляции с жидкой фазой для создания особых локальных экстремальных условий (жидкостно-твердых интерфейсов) в мягкой среде. Сначала они получали ферроколлоидные наночастицы с высокой активностью и высокой химической реактивностью. Электрокатализатор Fe-NC / rGO может быть равномерно нанесен на поверхности наносителей графенового оксида (GO) путем введения источника углеродного азота и последующего процесса пиролиза (как показано в пунктах (a) - (e)). Из-за листоподобной структуры, сформированной после смешивания с графеном, эффективно избегают агломерации катализатора, увеличивается удельная площадь поверхности и открытые активные участки катализатора, а также улучшается каталитическая активность электрокатализатора на основе железа-азота / углерода. Далее проводятся электрохимические испытания. Он показывает, что он обладает хорошими электрокаталитическими свойствами (как показано в (f) - (i)), а наночастицы на основе Fe и сайты Fe-N, содержащиеся в катализаторе, оказывают важное влияние на каталитическую активность катализатора.
Исследовательская работа дает новые исследовательские идеи для строительства и разработки новых электрокатализаторов на основе металл-азот / углерод и, как ожидается, заменит платину драгоценного металла на топливные элементы и батареи с металлическим воздухом. В исследовательской работе был получен национальный основной базовый план развития исследований (973 Программа), Национальный фонд естественных наук Китая, Проект развития исследовательского фонда Китайской академии наук и т. Д.
Катализаторы Fe-NC / rGO: (a) фотографии SEM (b, c) фотографии TEM, (d) фотографии HAADF-STEM, (e) снимки, отображающие EDX; (f) различные катализаторы в 0,1 М азота или насыщенного кислородом КОН Циклические вольтамперограммы раствора; g) линейные развертки вольтамперометрии Fe-NC / rGO в насыщенном кислородом 0,1 М растворе KOH; h) различие Fe-NC / rGO в 0,1 М растворе KOH, насыщенном кислородом Вольтамперограммы с линейной разверткой со скоростью; (i) Сравнение кривых Тафеля для разных катализаторов.
