近日，天津工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院副教授尹振課題組在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表的論文，被選為當(dāng)期熱點(diǎn)文章。該課題組與北京大學(xué)教授馬丁課題組、中科院大連化學(xué)物理研究所研究員汪國(guó)雄課題組等合作，在非金屬碳基催化劑制備和氧還原反應(yīng)(ORR)研究方面取得突破性進(jìn)展，成功獲得sp2碳和sp3碳共存且氮摻雜的三維碳泡沫(CF)。

新型能源轉(zhuǎn)換技術(shù)和清潔能源的開(kāi)發(fā)對(duì)于我國(guó)能源供給和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。氧還原反應(yīng)是燃料電池和金屬空氣電池中的電極反應(yīng)，其中催化劑對(duì)于電極反應(yīng)性能和電池性能提升具有關(guān)鍵性作用。然而，氧還原催化劑的研究主要集中于Pt基催化劑，成本較高，嚴(yán)重限制其大規(guī)模應(yīng)用。

近些年，碳基催化劑作為一種低成本高效的催化劑受到廣泛關(guān)注，然而目前碳基催化劑的制備和應(yīng)用研究主要集中在sp2碳，比如石墨烯。而Sp3碳由于催化活性低、高溫穩(wěn)定性差和導(dǎo)電性差等原因，在催化方面鮮有報(bào)道。

此次尹振等人的氧還原反應(yīng)結(jié)果表明：該三維碳泡沫不但顯示出優(yōu)異的催化活性，而且起峰電位、半波電位和Tafel斜率均優(yōu)于商業(yè)化的Pt/C催化劑。同時(shí)，利用該三維碳泡沫作為陰極催化劑組裝鋅—空氣電極，該電池的功率密度最高可達(dá)222.0 mW cm-2，并且在長(zhǎng)達(dá)100小時(shí)的性能測(cè)試中顯示出良好的穩(wěn)定性。

此外，他們通過(guò)理論計(jì)算同樣證實(shí)，sp3碳和sp2碳界面的氮原子對(duì)于碳材料的ORR性能具有決定性的影響作用。該工作不但為碳材料的合成和催化應(yīng)用開(kāi)辟了新的思路和方法，而且證實(shí)在分子水平上可以實(shí)現(xiàn)碳材料的設(shè)計(jì)和可控合成。

相關(guān)論文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.20190791