昆明理工大學(xué)分析測試研究中心研究成果在國際頂級期刊《ACS Nano》發(fā)表

　　近日，昆明理工大學(xué)分析測試研究中心楊喜昆課題組在非貴金屬燃料電池催化劑制備及機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《Bottom-Up Construction of Active Sites in a Cu-N4-C Catalyst for Highly Efficient Oxygen Reduction Reaction》為題，在國際頂級期刊ACS Nano上發(fā)表（ACS Nano, 2019, 13, 3177-3187）。ACS Nano是美國化學(xué)會(huì)（ACS）旗下頂級學(xué)術(shù)期刊，影響因子13.709，在工程技術(shù)及化學(xué)領(lǐng)域具有權(quán)威影響力。

 

　　非貴金屬(M-N-C)碳基催化劑具有替代Pt催化劑作為燃料電池陰極氧還原反應(yīng)(ORR)催化劑的潛力，但制備高活性M-N-C碳基催化劑及表征其活性位結(jié)構(gòu)是非常困難的。課題組通過設(shè)計(jì)一個(gè)含有M-Nx配位結(jié)構(gòu)特征的小分子進(jìn)入碳材料中，從而自下而上的制備出活性位結(jié)構(gòu)明確的Cu-N4-C催化劑(見圖)。運(yùn)用原子分辨率的球差校正掃描透射電鏡(Aberration-Corrected STEM) 、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(XAFS)及飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜(ToF-SIMS)，證實(shí)Cu以單原子分散在石墨烯中以及Cu-N4活性中心的配位結(jié)構(gòu)，并用X射線光電子能譜(XPS)、電化學(xué)和理論計(jì)算方法證實(shí)Cu-N4接在石墨烯片鋸齒/椅型邊形成的活性位是最有效的ORR活性位，且Cu中心的電子結(jié)構(gòu)與O2分子的反鍵π*軌道有好的對稱性。該項(xiàng)工作從原子或分子水平上闡明了催化活性位及活性位結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制，為設(shè)計(jì)發(fā)展新型非貴金屬碳基燃料電池催化劑提供了理論指導(dǎo)。論文Aberration-Corrected STEM、XAFS及ToF-SIMS測試得到合作單位沈陽金屬所，上海光源及清華大學(xué)的支持。

 

　　論文第一作者李衛(wèi)是昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2016級博士研究生，通訊作者為分析測試中心教授級高工楊喜昆，理論計(jì)算部分由分析測試研究中心副教授閔春剛完成。昆明理工大學(xué)為第一作者及唯一通訊作者單位。論文所有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思均由昆明理工大學(xué)人員獨(dú)立完成。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51374117)、國家自然科學(xué)基金地區(qū)基金(21363012, 11764026和51764030)等項(xiàng)目支持。