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-NCNTsdecuihuahuoxingdedaohendadetishengshiyuanyuhuaxuejianhedanyuanzidedaodianzidenengli，tanengshiqizhouweibianweidetanyuanzichanshengjingdezhengdianhe，jiaqiangyangqidexifunengli
，xiyinlaiziyangjidedianzicongerjiaqiangyanghaiyuanfanying。”

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。