開(kāi)發(fā)具有高氧氣還原催化活性、抗甲醇干擾和高穩(wěn)定性的廉價(jià)氧氣還原催化材料一直是業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

隨著全球能源危機(jī)的到來(lái)，以及環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，可持續(xù)能源的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越多地被人們關(guān)注并寄予厚望，其中就包括可持續(xù)能源的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化。

氧氣還原催化材料引關(guān)注

燃料動(dòng)力電池因其優(yōu)越的性能和環(huán)境無(wú)污染性，一直是可持續(xù)能源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。燃料動(dòng)力電池的能量轉(zhuǎn)化效率高，它可以直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)的燃料電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。

其中，作為整個(gè)燃料動(dòng)力電池反應(yīng)決速步驟的陰極氧氣還原反應(yīng)尤為重要，因?yàn)槠湫矢叩椭苯記Q定整個(gè)燃料動(dòng)力電池的效率水平。

然而，由于其采用貴金屬鉑或合金納米粒子作為電極催化材料，使燃料動(dòng)力電池的發(fā)展受到很大限制。據(jù)初步估算，燃料動(dòng)力電池中鉑材料的成本占整個(gè)燃料動(dòng)力電池成本的40%左右。此外，鉑催化劑還具有另一大缺點(diǎn)抗甲醇毒化性較差，而這直接導(dǎo)致電池的使用效率大大降低。

因此，開(kāi)發(fā)具有高氧氣還原催化活性、抗甲醇干擾和高穩(wěn)定性的廉價(jià)氧氣還原催化材料一直是業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

銀的價(jià)格不到鉑的2%，且對(duì)氧氣還原具有一定的催化活性，很有希望成為用來(lái)替代鉑的氧氣還原反應(yīng)電催化劑。不過(guò)，從實(shí)際效果來(lái)看，銀的性能還遠(yuǎn)不如鉑催化劑。

考慮到催化劑的電催化活性與催化劑顆粒之間有效的電子傳遞有著密切的關(guān)系，中科院過(guò)程所的研究人員經(jīng)過(guò)不懈努力，終于研發(fā)出一種將銀納米粒子與高導(dǎo)電性載體碳納米管復(fù)合的方法，從而有效地提高了銀納米粒子的電催化活性。

與零維的銀納米粒子相比，一維銀納米線(AgNWs)由于其超高的導(dǎo)電性，也是另一種潛在的高效氧還原催化劑。但目前報(bào)道其效果還無(wú)法令人滿意。研究人員覺(jué)得，導(dǎo)致銀納米線催化活性低的重要原因可能與其低長(zhǎng)徑比有關(guān)，因而無(wú)法形成有效的電子傳遞通道。

銀納米網(wǎng)與石墨烯完美結(jié)合

假如能夠制備一種由具有高長(zhǎng)徑比的銀納米線組成的二維銀納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料(AgNN))，由于具有更好的電導(dǎo)和熱導(dǎo)性能，因此與零維、一維材料相比應(yīng)該會(huì)具有更好的催化活性與穩(wěn)定性能。并且，由于它們不容易發(fā)生聚集、溶解以及Ostwald熟化，AgNN有望成為一種新型的氧氣還原反應(yīng)高活性電催化劑。

此外，為了提高催化劑的電催化活性，研究人員又通過(guò)用更高導(dǎo)電性的石墨烯作為負(fù)載材料，得到了進(jìn)一步提升復(fù)合材料的電催化活性的效果。

最近，從中科院過(guò)程工程研究所傳來(lái)好消息，在國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持下，該所的研究人員發(fā)展了一種簡(jiǎn)單普適的方法，制備了由長(zhǎng)徑比高達(dá)2000的銀納米線自編織而組成的銀納米網(wǎng)/石墨烯納米復(fù)合材料。

研究人員通過(guò)采用多酸(pOMs)作為唯一的還原劑、包覆劑，在室溫下一步同時(shí)還原金屬離子以及氧化石墨(GO)，成功大規(guī)模地制備了二維AgNN@pOM-GNSs納米復(fù)合材料，多酸在銀納米網(wǎng)與石墨烯之間同時(shí)起了鏈接劑的用途。

研究發(fā)現(xiàn)，該材料具有很好的電催化氧氣還原反應(yīng)性能，其電催化的起始電位已經(jīng)接近了商業(yè)鉑/碳材料，并且在很大電壓范圍內(nèi)，比鉑/碳材料具有更大的極限電流密度及更好的穩(wěn)定性能，還具有很好的抗甲醇干擾性能。

尤其值得注意的是，該復(fù)合材料具有比商業(yè)化的鉑/碳材料更好的催化穩(wěn)定性，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)貴金屬鉑的替代。特別是這種復(fù)合材料制備工藝簡(jiǎn)單，可方便地實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)業(yè)化前景樂(lè)觀，值得期待。