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界面聚合辅助制备氮掺杂多孔碳电催化剂

氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池等能量转换系统中一个非常重要的基本反应。近年发展起来的氮掺杂碳材料因其可实现较高的氧还原催化活性,且价格低廉,原料来源丰富,在金属-空气电池中有巨大的应用潜力。在这类碳催化材料中,以具有大比表面积的氮掺杂多孔碳材料的电催化性能表现尤为突出,其电催化性能主要是由多孔碳的比表面积、孔径大小以及掺杂浓度决定。


在前期研究工作中,华南理工大学黎立桂副教授陈少伟教授课题组发展了一种新颖的“热移除纳米模板法”制备氮掺杂多孔碳材料(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 5555),以此法为基础,他们成功制备了一种具有高稳定性的石墨烯负载多孔碳的复合催化材料(Small, 2016, 12, 1900),这充分表明了该方法在制备高性能多孔碳材料方面的可行性和广阔应用前景。但是,该方法在制备过程中需要经过水热反应以合成内嵌有“可热移除纳米模板”的聚合物纳米片前驱体,容易受水热设备的体积以及水热法对设备的耐高压、高温等诸多特殊要求的限制,导致利用水热法难以实现宏量制备所需的聚合物纳米片前驱体。因此,迫切需要发展一种可宏量制备内含大量纳米模板的聚合物纳米片前驱体的方法,以便经由热移除纳米模板路径能大规模制备具有大比表面积的氮掺杂多孔碳电催化剂。

J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10820-10827


最近,华南理工黎立桂陈少伟课题组在可水溶性盐的表面通过界面聚合成功地制备了大量内嵌有“可热移除的纳米模板”的聚合物纳米片前驱体,该方法无需特殊设备,前驱体碳化后经简单水洗即可获得一种具有高氮含量、蜂窝结构的氮掺杂多孔碳材料,其在ORR和实际的锌-空电池中均具有非常优异的催化性能。该研究成果被选为封面文章发表在《Journal of Materials Chemistry A》上(J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10820–10827),第一作者为华南理工大学牛文翰博士


该研究工作得到了国家自然科学基金委、国家“千人计划”和华南理工大学中央高校基本科研业务费等项目的大力支持。


该论文作者为:Wenhan Niu, Ligui Li, Nan Wang, Shuaibo Zeng, Ji Liu, Dengke Zhao, Shaowei Chen

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA03570A

Volatilizable template-assisted scalable preparation of honeycomb-like porous carbons for efficient oxygen electroreduction

J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10820-10827, DOI: 10.1039/C6TA03570A


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