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高活性燃料电池ORR电催化剂

时间:2013-11-13 08:48:47来源:大乐透走势图

大乐透走势图 www.evos3.cn 当前,全球能源?;牡嚼醇盎肪澄廴疚侍獾娜找嫜现仄仁谷嗣窃嚼丛蕉嗟毓刈⒖沙中茉吹目⒗?,包括可持续能源的储存与转化。燃料电池与金属-空气电池等是属于可持续能源利用技术的范畴,其中阴极上氧气还原反应(ORR)的催化剂决定了电池性能的好坏,从而决定了能量转化效率以及电池成本的高低。铂或铂的合金是目前广泛应用的ORR电催化剂。银作为最便宜的一种贵金属,价格只有铂的2%,但是却具有一定的催化活性及稳定性能,但其性能还是远不如铂催化剂??悸堑酱呋恋牡绱呋钚杂肽擅撞牧系慕峁瓜⑾⑾喙?,与零维的银纳米粒子相比,一维银纳米线(Ag NWs)具有更好的电催化活性,但效果还是不尽人意。导致银纳米线催化活性低的主要原因可能与其低长径比有关。因此,科研人员希望制备一种二维的银纳米网络结构材料[Ag nanonetNN],即由高长径比的银线通过自编织而形成。这种材料由于具有更好的电导和热导性能,因此与零维、一维材料相比具有更好的催化活性与稳定性能。并且,由于它们不容易发生聚集、溶解以及Ostwald熟化,Ag NN有望成为一种新型的ORR高活性电催化剂。进一步,为了提高催化剂的电催化活性,人们常常选择一种理想的碳材料作为载体。这种催化剂载体应具备如下特点:良好的电子传导能力、较大的比表面积、合理的孔结构以及优异的抗腐蚀性能。石墨烯的出现给人们带来了福音,无疑是目前催化剂载体的最佳选择。

目前文献报道的Ag NWs/GNSs纳米复合材料制备条件比较苛刻,因此难于规?;?。另外,很重要的一个方面是,这些制备的Ag NWs长径比比较小,因此很难形成Ag NN。为了克服此缺点,中科院过程工程研究所张光晋研究员团队等报道可以采用多酸(POMs)作为唯一的还原剂一步同时还原金属离子以及氧化石墨(GO),成功大规模地制备了二维Ag [email protected]纳米复合材料。并且通过进一步研究发现,该材料具有很好的电催化ORR性能。虽然起始电位还是比商业铂材料更负,但是具有更大的极限电流密度及更好的稳定性能,并且具有很好的抗甲醇干扰性能。因此可望实现对贵金属铂系催化剂的替代,具有重要的意义。

11.jpg

a) Ag [email protected]纳米复合材料制备示意图,(b) Ag [email protected]纳米复合材料SEM照片,

(c) Ag [email protected]纳米复合材料TEM照片,(d) ORR线性扫描伏安曲线对比,

(e) 稳定性能测试,(f) Ag [email protected]修饰电极抗甲醇干扰性能。

 

上述相关研究得到了国家自然科学基金(No. 21071146,51002155)及国家高技术研究发展计划(863)(No. 2012AA062903)的资助,相关研究结果发表在J. Mater. Chem. A上(2013, 1, 1196111969)。(过程工程研究所)

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