碳纳米片褶皱限域排列核-壳Co-C纳米催化剂

small shaojun guo

        利用碳多级孔封装纳米粒子是近十几年兴起的新型纳米碳复合结构,这种独特的结构已经在电化学催化、锂离子电池、非均相催化等方面展现出特殊的性质,引起国际上广泛关注。该领域发展面临的瓶颈是缺少调控所封装纳米粒子结构、取向的方法,难以为分析催化性质的反应机制搭建研究平台。目前,封装纳米粒子的手段多以模板脱出法、后合成法,这些方法的过程难以控制,并且纳米粒子的多次处理后催化性质失活严重。

         近日,郑州大学许群教授、张佳楠教授与北京大学郭少军教授合作共同制备具有类树叶脉络结构([email protected] NWCs)的高效的非贵金属氧还原(ORR)催化剂。该研究实现了调控纳米粒子限域的趋向,发现表面活性剂的自组装行为不仅使得碳源尿素碳化后形成具有大量褶皱的碳纳米片,而且能诱导金属纳米粒子在褶皱内线性排列。这种硝酸钴和剂表面活性剂三嵌段聚合物(EO20PO70EO20, P123)在合成[email protected] NWCs过程中均起着关键性的作用。Co-C核壳纳米颗粒有序的嵌入在一维褶皱处,并且一维的褶皱和二维的氮掺杂的纳米片为电子快速有序的传输提供了通道,如同树叶脉络传输取向一样。Co纳米颗粒因其表面包裹N掺杂的碳壳层,且嵌入在一维褶皱处,避免该催化剂在恶劣的催化条件下不发生团聚和分解,其ORR活性与稳定性可与商业Pt/C催化剂相媲美。该成果发表在国际期刊《Small》上(Small, 2016, DOI:10.1002/smll.201600336)。这项工作突破了空间限域的纳米粒子在碳材料中难于实现取向排列的难题,为提高碳材料在能源存储与转化方面的性质提供了新的结构类型和研究依据。

        该项研究获得国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才以及郑州大学优秀青年教师发展基金等的支持。

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