近日，中科院大連化學物理研究所張華民研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在質(zhì)子交換膜燃料電池用非貴金屬催化劑氮摻雜納米炭非貴金屬催化劑的研究中取得重要突破，研究成果發(fā)表在Energy & Environmental Science（DOI: 10.1039/C1EE01437D），后續(xù)研究工作正在進行中。

該研究通過在炭干凝膠中原位引入吡啶型N和石墨型N，改變了原有碳原子的電子結(jié)構(gòu)，增加了相鄰碳原子的供電能力，活化的碳原子能夠直接吸附并還原氧分子，對氧還原反應(yīng)具有較高的選擇性。該研究開發(fā)的氮摻雜納米僅含痕量的過渡金屬組分，碳結(jié)構(gòu)中暴露出的大量邊緣缺陷，為催化氧還原反應(yīng)提供了較多的活性位點，使氮摻雜炭基非Pt催化劑具有較高的氧還原反應(yīng)催化活性、穩(wěn)定性和抗甲醇毒化能力。在酸性條件下該催化劑的電化學穩(wěn)定性優(yōu)于Pt/C催化劑。在堿性燃料電池體系中，該氮摻雜納米炭催化劑的催化活性和Pt/C活性相當，且其穩(wěn)定性優(yōu)于Pt/C催化劑。

此項研究成果為解決Pt基催化劑的高成本和資源匱乏等制約質(zhì)子交換膜燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的“瓶頸”問題提供了新思路，對于推進炭材料作為新型能源催化材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究具有重要價值。