具有高效氧还原电催化活性的N掺杂石墨烯包裹的Fe/Fe5C2纳米颗粒复合纳米片

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氧还原（ORR）过程是燃料电池和金属-空气电池技中的一个重要过程，然而由于ORR是一个动力学迟缓的4e过程，这导致了一般的催化剂在催化该反应的时候效率是比较低的，从而严重限制了其实际应用。目前商业化的Pt/C材料被认为是高效的ORR电催化剂，但由于Pt的价格昂贵和稀缺性同样也不能很好的将该催化剂推广使用，因此开发性能和Pt/C相媲美的非贵金属基复合材料仍然具有一定的挑战。

近年来，研究者发现具有杂原子（如N，O，S，P，B等）掺杂和过渡金属（如Fe，Co，Ni等）内嵌的碳材料具有比非掺杂、非镶嵌的碳材料更好的电催化ORR性能。

近期，浙江师范大学胡勇教授课题组和新加坡南洋理工大学楼雄文教授课题组联合报道了一种基于N掺杂石墨烯包裹的Fe/Fe5C2纳米颗粒复合纳米片（GL-Fe/Fe5C2/NG）ORR电催化剂，该催化剂是利用块状g-C3N4和二茂铁为前驱体，经过一步固相反应于800 oC的温度下N2氛围中煅烧2 h制备得到。通过对不同的煅烧温度产品进行探究，揭示其生长机制是一个有趣的剥离-去氮过程。由于制备的电催化剂具有高的石墨化程度、适宜的N掺杂量以及丰富的活性中心，催化剂在ORR性能上表现出了比商业化Pt/C更优的性能，其半波电位比商业化Pt/C的要大20 mV。并且在甲醇耐受性方面也体现出良好的性质，同时通过稳定测实测发现催化剂的稳定性非常出色。

研究人员相信，此项研究不仅为固相反应制备石墨烯基纳米复合材料提供新的思路，同时也为开发新型的电催化电极材料提供新的研究前景。相关论文发表在Advanced Energy Materials （DOI：10.1002/aenm.201702476）上。