西北大学申烨华教授、西安罕有金属质料钻研院有限公司王正教师团队CEJ：限度先驱体于有限空间内，调控碳基催化剂sp3碳缺陷浓度 – 质料牛

无金属氧复原碳催化剂在燃料电池、西北J限限空金属空气电池的大学度先调控正极质料规模具备广漠的运用远景。除了老例的申烨授西属质杂原子异化策略外，催化剂的华教本征缺陷，特意是安罕sp³碳缺陷，可清晰提升催化剂的有金研院有限于ORR活性。但由于高温热解历程难以操作，料钻导致普遍用作氧复原催化剂的公司有机物衍生非晶态碳资料中，sp³碳缺陷含量难以定向调节。王正

鉴于此，教师间内剂西北大学申烨华教授、团队碳基p碳西安罕有金属钻研院有限公司王正博士团队经由将先驱体限度于有限空间内来实现对于无金属碳催化剂sp³碳缺陷密度的驱体缺陷操作，即在聚合物三聚氰胺-甲醛（MF）先驱体微球概况构建一个包覆刚性壳（聚乙烯亚胺-乙二醇二甘油醚（PEI-GDGE）聚合物）的催化核壳妄想。PEI-GDGE在热解历程中首先碳化患上到刚性的浓度牛密实碳层，该刚性壳层抑制了MF在热解历程中的质料空间缩短，后退sp³碳缺陷含量以及孔隙率；同时经由修正壳层厚度还可能实用操作sp³碳缺陷浓度。随着sp³缺陷密度的削减，衍生碳催化剂的ORR活性清晰后退。并经由DFT揭示了石墨-N与sp³碳缺陷的协同熏染增强了ORR活性。限度空间调制是操作sp³碳缺陷密度的实用道路。

图1. 后退无金属碳催化剂ORR活性的限度空间调制策略展现图。

图2. 所制备无金属碳催化剂的形貌表征。

热解后MF@nPEI-GDGE的核壳妄想特色部份保存。中间MF转化为高孔隙率的碳，壳“割裂”转化为粘附在MF衍生多孔碳概况的多少个致密碳块。散漫BET表征表明，MF微球上PEI-GDGE外壳的存在清晰后退了衍生碳的孔隙率，并给予了中间碳丰硕的交联微孔以及介孔。

图3. 所制备无金属碳催化剂的组成与妄想表征。

图4. 所制备无金属碳催化剂的组成与妄想表征。

散漫XPS以及EELS表征可证实，PEI-GDGE外壳清晰削减了衍生催化剂的sp³缺陷浓度，且与壳层厚度呈正相关。证实经由构建核壳妄想以及修正壳层厚度可能实用地操作sp³碳缺陷密度，从而调节催化剂的活性。

图5. 所制备无金属碳催化剂的催化功能。

最优条件下制备的催化剂揭示出优于Pt/C以及大少数无金属催化剂的催化活性（E_1/2 = 0.880 V），致使还高于良多金属基催化剂。

通讯作者简介

王正博士：博士结业于德国慕尼黑工业大学，主要处置电催化剂以及锌空电池等方面的钻研，妨碍当初以第一或者通讯作者在Chem. Eng. J.， Small，J. Mater. Chem. A， ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上宣告文章18篇。

申烨华教授：西北大学二级教授，博士生导师。主要处置生物资功能碳质料的妄想分解及其在能量转换与存储零星中的运用钻研，如超级电容器、金属-空气电池等。在Chem. Eng. J.， Small， ACS Appl. Mater. Interfaces， Anal. Chem., Food Chem., J. Power Sources等国内驰名高水平SCI期刊上宣告论文一百多篇。主持国家级、省部级以及横向科研名目20余项（搜罗科技部重点研发专项名目、科技部惠夷易近妄想名目、国家基金委面上名目、波音公司相助名目等）。

文章链接：

Controlling sp³ defect density of carbon-based catalysts by defining a limiting space

Qianjie Xie, Wenfang Si, Zheng Wang*, Yu Shu, Cong Li, Yehua Shen*, Hiroshi Uyama

Chemical Engineering Journal

(https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139221)

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722047003

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