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邹金龙教授团队研究成果在《Chemistry of Materials》上发表
2018-12-27 20:20 徐英明  审核人:


2018816,化学化工与材料学院邹金龙教授领导的科研团队在ACS出版的《Chemistry of Materials上发表了题为“Carbon thin-layer-protected active sites for ZIF-8-derived nitrogen-enriched carbon frameworks/expanded graphite as metal-free catalysts for oxygen reduction in acidic media”的研究论文。

近年来,能源短缺造成环境污染进一步加剧。直接甲醇燃料电池(DMFCs)作为一种环境友好型储能技术,被研究者们广泛关注。发生于阴极的氧还原反应(ORR)由于动力学缓慢而成为了研究热点之一。铂(Pt)基催化剂一直被认为是优异的阴极催化剂,然而由于Pt基催化剂的稀缺性和高成本,且易发生甲醇(氧化反应)交叉污染,使得探索具有集活性,可用性(低成本)和耐久性于一体的可替代无贵金属催化剂变得更加迫切。

邹金龙教授研究团队从降低催化剂成本,提高载体稳定性和催化剂活性出发,研究出了耐酸耐甲醇的ORR催化剂。文中将膨胀石墨(EG)作为碳载体,ZIF-8作为主要N源,PVP作为表面活性剂,采用液体自组装和高温碳化的方法,制备出了ZIF-8衍生的富N无金属碳框架(Z8-NCF-P/EG)复合阴极催化剂。通过调控Z8-NCF-P/EG的结构,探究其结构与活性成分组成对ORR性能的影响,从而获得构效关系。通过该方法制备的催化剂Z8-NCF-P/EG具有微、中孔结构,有助于形成高的比表面积和良好分布的多孔3D网络,为氧气、电子和电解质提供了足够的输送通道和活性位点。该催化剂在酸性电解质中表现出与商业Pt/C10%)相当的活性和更优异的甲醇耐受性和稳定性。多孔结构,高导电的碳骨架,PVP衍生碳层和丰富的N物种之间的协同效应促进了Z8-NCF-P/EG-10ORR性能。这种富N无金属催化剂不仅表现出应用于DMFCs或其他酸性条件下的巨大潜力,而且还为合成一系列衍生于ZIFs的氮掺杂ORR催化剂建立了一个新的研究方向。

论文第一作者为化学化工与材料学院环境科学学科在读硕士研究生陈珲。该项研究得到国家自然科学基金(218060315157821851108162)、黑龙江省自然科学基金(B201411),功能无机材料化学教育部重点实验室创新基金、黑龙江大学“杰出青年”基金的支持。


Carbon thin-layer-protected active sites for ZIF-8-derived nitrogen-enriched carbon frameworks/ expanded graphite as metal-free catalysts for oxygen reduction in acidic media. Chemistry of Materials, 2018, 30(17): 6014-6025; DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b02275.

文献链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.8b02275

 

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