石墨炔作為催化劑應用研究獲進展

　　中科院青島生物能源與過程研究所新型能源碳素材料團隊研發了一種氮摻雜的石墨炔材料，用作氧還原反應，表現出優異的催化性能，相關工作近日發表于《應用材料與界面》。

　　石墨炔是一種新型碳材料，由炔鍵和苯環連接而成，具有特殊的sp雜化（一種較常見的雜化方式）碳原子，已被報道在光催化、電催化以及生物方面均表現出優異特性。研究利用石墨炔材料獨特的炔鍵引起碳骨架中部分碳原子帶正電的特性，進一步通過氮修飾，將石墨炔材料成功應用于氧還原電催化反應，表現出優異的氧還原催化性能。

　　石墨炔中碳原子被氮取代后，其電荷結構將被調控，與氮相鄰的碳原子表現出更強的正電性，可作為氧還原反應的活性中心。由于石墨炔材料具有不同于常規碳材料（石墨烯、碳納米管、石墨、無定形碳等）的特殊sp雜化碳原子，氮原子可以通過取代sp雜化碳，得到新的氮摻雜方式，理論和實驗結果表明這種新的摻雜方式可以有效提高碳材料的催化性能。所制得的氮取代的石墨炔材料的氧還原催化性能與商業碳載鉑催化劑相當。該工作顯示石墨炔在電催化材料和燃料電池中的巨大應用前景，也為解決氧還原反應中鉑等貴金屬催化劑高昂的成本和儲量有限的問題，提供了重要的途徑。