單分散Co9S8植入氮摻雜的碳納米片：高效且穩定的氧還原催化劑

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燃料電池由於其高功率密度、高能量轉換效率和環境友好等優點引起了研究者的廣泛關注，作為高效的清潔電源有望廣泛用於電動車輛和攜帶型電子設備。但是發生在陰極的氧還原反應（ORR）的緩慢動力學過程嚴重地限制了燃料電池的商業化。Co-S系化合物作為ORR催化劑已經被廣泛地研究，理論計算也表明Co9S8和Pt具有相近的催化活性。但是目前的研究結果表明Co9S8的催化活性遠低於Pt催化劑，主要是由於Co9S8較大的顆粒尺寸以及和碳基質之間弱的相互作用。因此發展新型的製備方法來控制Co9S8顆粒的尺寸大小以及構建獨特的複合結構來增強Co9S8和碳基質之間的相互作用，進而提供其催化活性和穩定性具有重要意義。

近日，北京化工大學化工資源有效利用國家重點實驗室楊文勝教授課題組通過高溫碳化間氨基苯磺酸根插層的鈷鋁水滑石製備了Co9S8和氮摻雜碳空心球複合物。該複合物由大量相互連接的碳納米片組成，且單分散的Co9S8納米顆粒植入碳納米片中。該結構的優勢主要有以下幾點：（1）基於二維層間限域反應，可以獲得具有小尺寸的單分散硫化鈷納米顆粒，進而使更多的催化活性位點被暴露和利用；（2）碳化過程和Co9S8的生成過程同時進行，使得Co9S8顆粒和碳納米片具有強的相互作用，因而具有非常好的穩定性；（3）獨特的空心和多級孔結構特點有利於催化過程中電解液離子、反應中間物及產物的快速傳輸。基於該材料的結構優勢，將其作為ORR催化劑，電化學測試表明該材料具有高的ORR催化活性、持久的穩定性和優異的抗甲醇氧化能力，是目前報道的基於金屬硫化物催化劑中最好的。

該研究成果發表在Journal of Materials Chemistry A上，第一作者是博士生王俊。該工作得到國家重點基礎研究發展計劃、國家自然科學基金委、中國高等教育博士研究基金會研究基金的大力支持。

該論文作者為：Jun Wang, Liqun Li, Xu Chen, Yanluo Lu, Wensheng Yang

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ta/c6ta03518c

Monodisperse cobalt sulfides embedded within nitrogen-doped carbon nanoflakes: an efficient and stable electrocatalyst for the oxygen reduction reaction

J. Mater. Chem. A,2016,4, 11342-11350, DOI: 10.1039/c6ta03518c

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