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高活性燃料電池ORR電催化劑

2026-04-11 09:35:597912

dangqian，quanqiunengyuanweijidedaolaijihuanjingwuranwentideriyiyanzhongposhirenmenyuelaiyueduodiguanzhukechixunengyuandekaifaliyong，baokuokechixunengyuandechucunyuzhuanhua。ranliaodianchiyujinshu-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，

(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）