石墨烯提高燃料電池氧還原催化劑性能

韓國蔚山國立科技大學（UNIST）研究團隊研發出一種具有高性能、高穩定性的無金屬催化劑。研究成果發表在科學期刊Nanoscale上。

由于化石燃料的稀缺和日益增長的能源需求刺激了對能源轉換和儲能系統的研究，燃料電池因其顯著的能量密度和無環境污染的優勢，在眾多的能量系統中脫穎而出。燃料電池被認為是未來電動汽車的電源首選，而氧還原催化劑是提高燃料電池性能的關鍵所在。

UNIST Byeong-Su教授的研究小組提出了一個雜原子摻雜石墨烯納米片的獨特設計，有利于提高氧還原的性能。下圖為材料的制備過程示意圖：將石墨粉末氧化并剝離，經超聲波處理，得到褐色的氧化石墨烯（GO）納米分散體。氧化石墨烯邊緣上具有各種官能團，如羧酸（-COOH ），羥基（-OH ）和環氧基（ -COC ）。

摻雜氧化石墨烯的整體方案

當氧化石墨烯懸浮液與胺接觸，其羧酸基團會與胺反應形成酰胺基，反應在水溶性鹽酸鹽碳化二亞胺1-乙基-3 -（3 - 二甲基氨基丙基）碳二亞胺（ EDC ）中進行。在管式爐中，在氬氣氛下將氧化石墨烯懸浮液在800℃退火1小時，使氮摻雜到氧化石墨烯納米片中。

此外UNIST研究團隊展示了如何通過改變氮摻雜程度和結構來提高催化劑的電化學性能。另外，他們進一步引入硼和硫等其它雜原子到納米石墨烯中，來探究不同摻雜原子對電催化劑性能的影響。