西安交大科研人员制备新型催化剂

促进氧还原反应中的电子转移和质量传递

氧还原反应（ORR）是燃料电池和金属空气电池等下一代能量存储和转换系统中非常重要的半反应。但多步且缓慢的电子转移和低效率的质量传递导致了缓慢的ORR动力学，极大地阻碍了上述电池的发展。因此，通过研究能够同时实现快速电荷转移和质量传递的高效催化剂来解决上述问题是十分必要的。通过构建异质结构调控催化剂的电子结构，可以有效促进ORR过程中的电子转移；而通过构筑分层级的多孔结构以提供高效的质量传递路径，是实现快速的质量传递的有效途径之一。但构建能同时实现上述两种特性的催化剂仍充满挑战。

针对以上问题，西安交通大学理学院丁书江教授、肖春辉副教授课题组通过界面调控和结构设计制备了类水母状的Mott-Schottky催化剂，该催化剂可以促进ORR过程中的电子转移和质量传递。由于Mott-Schottky效应，电子在Fe和N掺杂的石墨化碳（NG）界面上重新分布，提高了催化位点的活性，有效促进电荷转移。半封闭的空腔结构和触手状的碳纳米管（CNTs）增强了活性物质和活性位点的碰撞，分层级的多孔结构提高了ORR过程中的质量传递。该工作加深了对ORR过程中电子转移和质量传递重要性的理解，并为构建高效的Mott-Schottky催化剂构建了新的途径。

该研究成果以论文形式发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials，IF：15.6）期刊。本文的第一作者是理学院博士生孙泽慧，博士生王元坤，电气学院博士生张立波。西安交通大学是唯一作者单位。

该工作受到国家自然科学基金、交大青年拔尖人才支持计划、陕西省创新能力支撑计划资助，得到电力设备电气绝缘国家重点实验室和西安交通大学分析测试共享中心的支持。

论文链接为：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910482

丁书江教授主页：http://gr.xjtu.edu

内容来源：西安交大新闻网