Small Methods: 石墨烯负载单原子用于能源存储与转化

高效电化学储能器件的设计(如燃料电池和金属空气电池)是实现能源存储与转化的关键。其中,氧还原反应、氢析出反应、氧析出反应、二氧化碳还原反应及甲醇氧化反应等是电化学储能的基础。因此,在电化学反应过程中,构建高效催化剂是提高能源转化率的重要因素。在各种催化剂中,单原子催化剂由于其高原子利用率、优异催化活性及良好选择性在能源存储与转化领域展现出很好的应用前景。但是,单原子的高表面能使得其在合成和电化学反应过程中容易发生团聚,极大地降低了催化活性和循环寿命。目前,将单原子负载于碳材料基底是解决单原子催化剂在合成过程中的团聚现象和提高其催化性能的常见策略。在不同碳材料中,石墨烯由于其大比表面积、高导电性、以及可调控的表面性质,常用于负载单原子,而且石墨烯负载的单原子通常表现出优异电化学性能。

近日,南开大学化学学院牛志强研究员课题组总结了近期石墨烯负载单原子在能源存储与转化领域的研究进展。本论文首先详细阐述了石墨烯负载单原子的设计策略、表征手段及制备方法对石墨烯负载单原子的影响。石墨烯表面可调控的官能团不仅可作为活性位点稳定单原子,同时也可作为催化位点协同提高单原子催化活性及循环寿命,有效拓宽了石墨烯负载单原子在能源存储与转化领域的应用。因此,他们全面总结和分析了石墨烯负载单原子在氧还原反应、氢析出反应、氧析出反应、二氧化碳还原反应及甲醇氧化反应等领域中的催化性能及机理。最后,他们对石墨烯负载单原子在能源存储和转化过程中面临的问题及其应用前景进行了展望。本论文不仅为单原子在石墨烯上的构筑提供新的思路,而且为石墨烯负载单原子催化剂在能源存储与转化领域的应用提供新的视角。相关工作发表在Small Methods, 2019, DOI: 10.1002/smtd.201800443上。

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