掺杂石墨烯用做燃料电池催化剂

据报道：韩国蔚山国立科技大学（UNIST）研究团队研发出一种具有高性能、高稳定性的无金属催化剂。研究成果发表在科学期刊Nanoscale上。

由于化石燃料的稀缺和日益增长的能源需求刺激了对能源转换和储能系统的研究，燃料电池因其显著的能量密度和无环境污染的优势，在众多的能量系统中脱颖而出。燃料电池被认为是未来电动汽车的电源首选，而氧还原催化剂是提高燃料电池性能的关键所在。

UNIST Byeong-Su教授的研究小组提出了一个杂原子掺杂石墨烯纳米片的独特设计，有利于提高氧还原的性能。下图为材料的制备过程示意图：将石墨粉末氧化并剥离，经超声波处理，得到褐色的氧化石墨烯（GO）纳米分散体。氧化石墨烯边缘上具有各种官能团，如羧酸（-COOH ），羟基（-OH ）和环氧基（ -COC ）。

当氧化石墨烯悬浮液与胺接触，其羧酸基团会与胺反应形成酰胺基，反应在水溶性盐酸盐碳化二亚胺1-乙基-3 -（3 - 二甲基氨基丙基）碳二亚胺（ EDC ）中进行。在管式炉中，在氩气氛围下将氧化石墨烯悬浮液在800℃退火1小时，使氮掺杂到氧化石墨烯纳米片中。

此外UNIST研究团队展示了如何通过改变氮掺杂程度和结构来提高催化剂的电化学性能。另外，他们进一步引入硼和硫等其它杂原子到纳米石墨烯中，来探究不同掺杂原子对电催化剂性能的影响。