活性位充分暴漏的碳基电催化剂设计与实践

摘要

碳催化剂不依赖贵金属等稀缺资源,在烷烃转化、CO2还原、燃料电池、水分解等领域具有重要使用前景.通过引入杂原子可以有效获得高性能碳基催化剂,但是其活性位往往在体相分布,造成活性位不能够充分暴露.提出"碳缆"催化剂,即将氮原子集中分布于表面,形成氮掺杂CNT@NCNT。氮掺杂纳米"碳缆"具有管状同轴核壳结构,核层是连续完整的碳管管壁,壳层由厚度可控的褶皱氮掺杂石墨层构成,氮原子集中分布于碳管表面。这种结构的氮掺杂纳米"碳缆"在保持碳纳米管本征结构不被破坏的同时引入氮掺杂的功能碳层,其导电性约是类似情况下传统体相氮掺杂竹节状碳纳米管的3倍。为了提升原子利用效率,进一步通过引入石墨烯-碳纳米管杂化结构,实现活性位的充分暴漏。为此,将围绕掺氮碳材料的可控合成和催化应用为重点,重点介绍活性位充分暴漏的掺氮碳材料合成及其在多相催化、电催化等领域的应用,探索这种无金属催化剂上的反应途径,提供新型纳米催化的新机制。