一步固態反應法製備具有高效氧還原電催化活性的N摻雜石墨烯包裹的Fe/Fe5C2納米顆粒複合納米片

氧還原（ORR）過程是燃料電池和金屬-空氣電池技中的一個重要過程，然而由於ORR是一個動力學遲緩的4e過程，這導致了一般的催化劑在催化該反應的時候效率是比較低的，從而嚴重限制了其實際應用。目前商業化的Pt/C材料被認為是高效的ORR電催化劑，但由於Pt的價格昂貴和稀缺性同樣也不能很好的將該催化劑推廣使用，因此開發性能和Pt/C相媲美的非貴金屬基複合材料仍然具有一定的挑戰。

近年來，研究者發現具有雜原子（如N，O，S，P，B等）摻雜和過渡金屬（如Fe，Co，Ni等）內嵌的碳材料具有比非摻雜、非鑲嵌的碳材料更好的電催化ORR性能。

近期，浙江師範大學胡勇教授課題組和新加坡南洋理工大學樓雄文教授課題組聯合報道了一種基於N摻雜石墨烯包裹的Fe/Fe5C2納米顆粒複合納米片（GL-Fe/Fe5C2/NG）ORR電催化劑，該催化劑是利用塊狀g-C3N4和二茂鐵為前驅體，經過一步固相反應於800 oC的溫度下N2氛圍中煅燒2 h製備得到。通過對不同的煅燒溫度產品進行探究，揭示其生長機制是一個有趣的剝離-去氮過程。由於製備的電催化劑具有高的石墨化程度、適宜的N摻雜量以及豐富的活性中心，催化劑在ORR性能上表現出了比商業化Pt/C更優的性能，其半波電位比商業化Pt/C的要大20 mV。並且在甲醇耐受性方面也體現出良好的性質，同時通過穩定測實測發現催化劑的穩定性非常出色。研究人員相信，此項研究不僅為固相反應製備石墨烯基納米複合材料提供新的思路，同時也為開發新型的電催化電極材料提供新的研究前景。

相關論文發表在Advanced Energy Materials（DOI：10.1002/aenm.201702476）上。

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