分子間電荷傳遞作用催生高效不含金屬氧還原催化劑

據Nanowerk Spotlight報道：催cui化hua氧yang還hai原yuan反fan應ying即ji打da斷duan氧yang分fen子zi鍵jian的de過guo程cheng，其qi效xiao率lv很hen大da程cheng度du上shang決jue定ding了le燃ran料liao電dian池chi的de電dian化hua學xue性xing能neng。鉑bo和he基ji於yu鉑bo的de聚ju合he物wu一yi直zhi以yi來lai被bei認ren為wei是shi最zui有you效xiao的de氧yang還hai原yuan催cui化hua劑ji。但dan鉑bo除chu了le成cheng本ben高gao，還hai有you活huo性xing狀zhuang態tai下xia缺que乏fa穩wen定ding性xing的de缺que點dian。

研究人員在對非貴金屬氧化還原催化劑的研究中
，發現了垂直排列含氮碳納米管（VA-NCNTs）。在2009的報道中提到過這一研究成果（用於低成本燃料電池的摻氮碳納米管催化劑係統）。Liming Dai （當時在戴頓大學
，現在在凱斯西儲大學化學工程係Kent Hale Smith Professor教授下麵工作）科研團隊早期的研究表明VA-NCNTs 催化四電子氧還原過程與已經麵向市場或堿性電解質中類似鉑基電極相比，電催化活性更高，對CO中毒抵抗性更強
，長期工作穩定性更優。

Dai解釋到：“VA-NCNTs的de催cui化hua活huo性xing得de到dao很hen大da的de提ti升sheng是shi緣yuan於yu化hua學xue鍵jian合he氮dan原yuan子zi得de到dao電dian子zi的de能neng力li，它ta能neng使shi其qi周zhou圍wei變bian位wei的de碳tan原yuan子zi產chan生sheng淨jing的de正zheng電dian荷he，加jia強qiang氧yang氣qi的de吸xi附fu能neng力li
，吸xi引yin來lai自zi陽yang極ji的de電dian子zi從cong而er加jia強qiang氧yang還hai原yuan反fan應ying。”

Dai指(zhi)出(chu)，在(zai)基(ji)於(yu)碳(tan)的(de)不(bu)含(han)金(jin)屬(shu)的(de)氧(yang)還(hai)原(yuan)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)研(yan)究(jiu)中(zhong)，在(zai)碳(tan)結(jie)構(gou)中(zhong)植(zhi)入(ru)共(gong)價(jia)氮(dan)原(yuan)子(zi)以(yi)產(chan)生(sheng)分(fen)子(zi)內(nei)部(bu)的(de)電(dian)荷(he)傳(chuan)遞(di)是(shi)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)。製(zhi)備(bei)包(bao)含(han)共(gong)價(jia)鍵(jian)氮(dan)原(yuan)子(zi)碳(tan)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)的(de)化(hua)工(gong)工(gong)藝(yi)冗(rong)長(chang)而(er)昂(ang)貴(gui)，這(zhe)個(ge)可(ke)能(neng)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)其(qi)用(yong)於(yu)商(shang)業(ye)用(yong)途(tu)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。

在發表於2011年3月17號美國化學會在線期刊中的一篇通訊中（"Polyelectrolyte Functionalized Carbon Nanotubes as Efficient Metal-free Electrocatalysts for Oxygen Reduction"），Dai團隊報道了他們的最新發現，帶正電的聚合電解質鏈對不含氮的碳納米管（CNTs）的吸附，也能通過分子內部的電荷傳遞，使碳納米管平麵中的碳原子帶淨的正電荷。

由於聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）有很強的吸電子的能力，通過分子間電荷傳遞，它可以使納米管碳平麵上的碳原子帶淨的正電荷。合成PDDA功能性/吸附 碳納米管，不管是對齊排列的還是非對齊排列，作為不含金屬的氧化還原催化劑
，都表現出和鉑催化劑相同的性能。

Dai提到，尤其是PDDA對CNTs的吸附，與商用鉑/碳電極相比，表現出卓越的氧還原電催化活性，而又有更好的燃料選擇性和耐久性。

高(gao)效(xiao)的(de)不(bu)含(han)金(jin)屬(shu)的(de)氧(yang)化(hua)還(hai)原(yuan)電(dian)催(cui)化(hua)劑(ji)能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)誘(you)發(fa)分(fen)子(zi)內(nei)部(bu)電(dian)荷(he)傳(chuan)遞(di)而(er)製(zhi)得(de)，這(zhe)為(wei)製(zhi)備(bei)低(di)成(cheng)本(ben)不(bu)含(han)金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)還(hai)原(yuan)催(cui)化(hua)劑(ji)，甚(shen)至(zhi)應(ying)用(yong)在(zai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)之(zhi)外(wai)的(de)新(xin)催(cui)化(hua)材(cai)料(liao)提(ti)供(gong)了(le)廣(guang)闊(kuo)的(de)空(kong)間(jian)。

Dai相信他們所研究的這種方法能夠作為發展不含金屬的催化劑的一種廣泛途徑。