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本文转自搜狐号,作者为二维加,原文链接地址 2019-02-22 08:00
拓扑缺陷给碳材料带来催化新高度
近年来,碳材料被认为是最有潜力的铂催化剂替代者,但是本征碳材料的电化学活性非常差。为了改善其性能,科学家们通常采用缺陷调控的策略。其中,拓扑缺陷已被揭示能有效改善碳材料表面的化学态。但是,五元环拓扑缺陷(C5)能否提升碳材料的电化学活性仍然未知。
武汉理工大学的木士春课题组把理论计算和实验验证相结合,证明C5拓扑缺陷可以使得碳材料电化学活性显著提升。密度泛函理论(DFT)计算表明C5拓扑缺陷呈现出更大的给电子潜能、更窄的带隙、更高的电荷密度分布以及更强的氧吸附能力,因此是理想的氧还原(ORR)催化活性中心。实验中,他们选择具有本征C5结构的富勒烯为原料,通过原位刻蚀及高温热处理制备出了富含C5拓扑缺陷的碳材料。电化学测试表明这种材料具有比普通六边形碳材料更高的ORR催化活性,其催化机制接近四电子ORR过程,并且具有较高的催化稳定性。
推敲打磨出真知
近年来,通过缺陷调控来提升碳材料的方法层出不穷,然而多是性能不佳且机理不明。本文结合计算和实验,证明五元环拓扑缺陷可以显著改善碳材料的电催化活性和电容性能,并揭示了碳材料催化剂的活性中心。新颖的制备方法也为获取高性能的ORR碳材料催化剂提供了新思路。该工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。
DOI: 10.1002/anie.201813805
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