高活性燃料電池ORR電催化劑

當(dang)前(qian)，全(quan)球(qiu)能(neng)源(yuan)危(wei)機(ji)的(de)到(dao)來(lai)及(ji)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)問(wen)題(ti)的(de)日(ri)益(yi)嚴(yan)重(zhong)迫(po)使(shi)人(ren)們(men)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)關(guan)注(zhu)可(ke)持(chi)續(xu)能(neng)源(yuan)的(de)開(kai)發(fa)利(li)用(yong)，包(bao)括(kuo)可(ke)持(chi)續(xu)能(neng)源(yuan)的(de)儲(chu)存(cun)與(yu)轉(zhuan)化(hua)。燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)與(yu)金(jin)屬(shu)-空氣電池等是屬於可持續能源利用技術的範疇
，其中陰極上氧氣還原反應（ORR）的催化劑決定了電池性能的好壞，從而決定了能量轉化效率以及電池成本的高低。鉑或鉑的合金是目前廣泛應用的ORR電催化劑。銀作為最便宜的一種貴金屬，價格隻有鉑的2%，但(dan)是(shi)卻(que)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)及(ji)穩(wen)定(ding)性(xing)能(neng)，但(dan)其(qi)性(xing)能(neng)還(hai)是(shi)遠(yuan)不(bu)如(ru)鉑(bo)催(cui)化(hua)劑(ji)。考(kao)慮(lv)到(dao)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)電(dian)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)與(yu)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)的(de)結(jie)構(gou)息(xi)息(xi)相(xiang)關(guan)，與(yu)零(ling)維(wei)的(de)銀(yin)納(na)米(mi)粒(li)子(zi)相(xiang)比(bi)，一(yi)維(wei)銀(yin)納(na)米(mi)線(xian)（Ag NWs）具ju有you更geng好hao的de電dian催cui化hua活huo性xing，但dan效xiao果guo還hai是shi不bu盡jin人ren意yi。導dao致zhi銀yin納na米mi線xian催cui化hua活huo性xing低di的de主zhu要yao原yuan因yin可ke能neng與yu其qi低di長chang徑jing比bi有you關guan。因yin此ci，科ke研yan人ren員yuan希xi望wang製zhi備bei一yi種zhong二er維wei的de銀yin納na米mi網wang絡luo結jie構gou材cai料liao[Ag nanonet（NN）]，即由高長徑比的銀線通過自編織而形成。這種材料由於具有更好的電導和熱導性能，因此與零維
、一維材料相比具有更好的催化活性與穩定性能。並且，由於它們不容易發生聚集、溶解以及Ostwald熟化
，Ag NN有望成為一種新型的ORR高活性電催化劑。進一步，為了提高催化劑的電催化活性，人們常常選擇一種理想的碳材料作為載體。這種催化劑載體應具備如下特點：良好的電子傳導能力、較大的比表麵積、合理的孔結構以及優異的抗腐蝕性能。石墨烯的出現給人們帶來了福音，無疑是目前催化劑載體的最佳選擇。

目前文獻報道的Ag NWs/GNSs納米複合材料製備條件比較苛刻，因此難於規模化生產。另外
，很重要的一個方麵是
，這些製備的Ag NWs長徑比比較小，因此很難形成Ag NN。為了克服此缺點，中科院過程工程研究所張光晉研究員團隊等報道可以采用多酸（POMs）作為唯一的還原劑一步同時還原金屬離子以及氧化石墨（GO），成功大規模地製備了二維Ag NN@POM-GNSs納米複合材料。並且通過進一步研究發現，該材料具有很好的電催化ORR性(xing)能(neng)。雖(sui)然(ran)起(qi)始(shi)電(dian)位(wei)還(hai)是(shi)比(bi)商(shang)業(ye)鉑(bo)材(cai)料(liao)更(geng)負(fu)
，但(dan)是(shi)具(ju)有(you)更(geng)大(da)的(de)極(ji)限(xian)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)及(ji)更(geng)好(hao)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)能(neng)

，並(bing)且(qie)具(ju)有(you)很(hen)好(hao)的(de)抗(kang)甲(jia)醇(chun)幹(gan)擾(rao)性(xing)能(neng)。因(yin)此(ci)可(ke)望(wang)實(shi)現(xian)對(dui)貴(gui)金(jin)屬(shu)鉑(bo)係(xi)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)替(ti)代(dai)
，具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)意(yi)義(yi)。

a) Ag NN@POM-GNSs納米複合材料製備示意圖，(b) Ag NN@POM-GNSs納米複合材料SEM照片，

(c) Ag NN@POM-GNSs納米複合材料TEM照片

，(d) ORR線性掃描伏安曲線對比，

(e) 穩定性能測試
，(f) Ag NN@POM-GNSs修飾電極抗甲醇幹擾性能。

上述相關研究得到了國家自然科學基金（No. 21071146，51002155）及國家高技術研究發展計劃（863）（No. 2012AA062903）的資助
，相關研究結果發表在J. Mater. Chem. A上（2013, 1, 1196111969）。（過程工程研究所）