中科院过程工程研究所生化工程国家重点实验室王丹研究员团队日前研发出一种杂化氮掺杂的石墨炔，在催化燃料电池阴极氧还原反应(ORR)中显示出良好的催化性能，这一发现将推动非金属催化剂取代铂基催化剂的进程。
ORR是一个动力学迟缓的过程，需要在催化剂的作用下才能输出有效的电流密度。王丹介绍，传统的ORR催化剂主要为价格昂贵的铂类材料，开发价格低廉的非贵金属ORR催化剂是促进燃料电池规模应用的必然选择。
研究证实，氮掺杂碳基催化剂具有良好的催化活性和稳定性，有望取代铂类催化剂在燃料电池中的应用。研究人员以薄层石墨炔材料为基础，通过周环反应成功在薄层石墨炔的炔键上引入了新型的杂化氮原子，实现了氮的定点、定量掺杂。
实验结果显示，该材料在碱性条件下，半波电位为0.87伏，动力学电流密度每立方厘米38毫安，这一数据均优于商业铂—碳催化剂，并表现出更好的稳定性和甲醇耐受性。在酸性条件下，该材料的活性虽略低于商业铂—碳催化剂，但仍优于其他非金属催化剂。
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