氧还原催化剂方面研究已有最新进展!

催化剂材料在大多数电化学能量转换装置中起着至关重要的作用,并保护高效能量转换。 氧气是一种常见的氧化剂,因此氧还原反应在燃料电池、金属空气电池等能源设备中得到了广泛的应用。

目前,最常用的ORR催化剂依旧是Pt基催化剂。然而,其昂贵的价格(US$ 28.3 g-1 as the 2018 average price)与稀有性(37 ppb in Earth’s crust),以及在反应环境中的不稳定性,都促使相关领域的研究学者努力寻找更合适的非贵金属类催化剂作为Pt基催化剂的替代品。

其中,金属-n/C催化剂材料近年来得到了广泛的研究,被认为是最有前途的贵金属替代品。然而,这类材料成本高、不稳定、易失活、活性中心少等问题一直困扰着它的实际应用。

金属氮化物作为共同的间隙的金属化合物,由于其特殊的电子结构和金属的性质,具有优异的电子传导性。耐蚀性,热稳定性和电化学稳定性是这样的,这种材料具有电化学催化领域的巨大潜力。

中科院宁波材料技术与工程研究所杨明辉研究员及其科研团队致力于金属氮化物的研究及其多功能应用,包括电催化方向。

杨明辉,在2011年初合成高表面积中孔金属氮化物材料的简单固 – 固分离找到。具有≤100m-1 / g的表面积介孔氮化物的如此高的比率,并且是从散装氮化物材料不同,具有优异的性能特性,尤其是化学性质作为催化剂。

近年来,他的研究团队对TMN(TM=Cr,Ti,V,Nb,Ta,W,Mo)和三元氮化物(ticrn2,tinbn2,co3znn,ni3znn)进行了系统的研究,发表了许多SCI学术论文。在最近的研究中,杨明辉带领团队采用尿素-玻璃法制备了氮化锆(ZrN)纳米粒子催化剂,该催化剂可以替代甚至超过铂基催化剂作为碱性环境下的orr催化剂。

实验结果表明,纳米 zrn 具有较高的催化活性,可与商品 pt / c 催化剂相媲美。 在0.1 m koh 溶液中,zrn nps 和商用 pt / c 具有相同的半波电位(e1 / 20.80 v)。 经过1000个循环后,zrn (e1 / 2-3mv)的稳定性高于商品 pt / c 催化剂(e1 / 2-39mv)。

此外,在锌-空气电池中,ZrN比普通Pt/C催化剂具有更高的功率密度和稳定性。用ZrN代替Pt可以降低成本,促进电化学能设备的使用,ZrN在其它催化体系中有潜在的应用前景,相关的研究成果已在“自然”杂志上发表,展望未来将在清洁能源的开发中发挥重要作用。

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