青岛大学科研团队联合研发海藻基高性能氢气燃料电池催化剂

近日，我校海洋纤维新材料研究院夏延致教授团队、环境科学与工程学院杨东江教授团队与澳大利亚格里菲斯大学姚向东教授合作，在利用海藻多糖合成非金属酸性氧还原催化剂方面取得了重要进展。相关研究成果以“ADefect-DrivenMetal-freeElectrocatalystforOxygenReductioninAcidicElectrolyte”为题发表在化学顶级期刊Chem上(Cell的姊妹刊，sisterjournal)，影响因子14.1。青岛大学为第一署名单位，博士研究生李道浩为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

对于高效、低环境污染的质子交换膜燃料电池技术，酸性电解液下的氧还原反应起着重要的作用。杂原子掺杂及具有缺陷结构的碳基纳米材料在对氧还原过程具有一定的催化活性，并且价格便宜、易于制备，有望取代昂贵的Pt/C催化剂。然而，目前报道的碳纳米催化剂在酸性电解液下的催化性能相对于Pt/C还不理想。

该工作在夏延致教授和杨东江教授团队前期利用海洋生物多糖制备高性能能量储存与转换材料的工作基础上(Angew.Chem.Int.Ed.,2016,55,15925;Adv.Funct.Mater.,2016,26,8487;Adv.EnergyMater.,2016,6,1601549;ACSNano,2018,12,245;Adv.Sci.,2017,4,1600262;ACSNano2017,11,6186;ACSCent.Sci.,2015,1,261等)，以可再生的卡拉胶为原料，通过碳化和热处理工艺，制备了具有缺陷结构的S/N共掺杂的多级孔碳气凝胶。该材料在酸性电解液下展现出接近于商业化Pt/C的氧还原催化活性，并且通过理论计算得知，其包含的S/N/缺陷结构为高活性催化位点。本工作通过在杂原子掺杂的多级孔碳气凝胶上制造缺陷结构来提升其在酸性电解液下的氧还原活性，合成可以真正取代昂贵Pt的质子交换膜燃料电池催化剂。