近日，公司特聘教授郭朝中博士、李璐博士团队在英国皇家化学会（RSC）旗下的国际著名材料与能源类期刊Journal of Materials Chemistry A （2017年影响因子9.931，JCR. SCI一区期刊）发表了关于有效提升三维网络Co-N-C催化剂电催化氧分子还原性能研究的最新进展，论文题目为“Boosting the oxygen reduction activity of a three-dimensional network Co–N–C electrocatalyst via space-confined control of nitrogen-doping efficiency and the molecular-level coordination effect”，全文链接：********!divAbstract。
该文章创新性提出了利用易水溶移除、耐高温的自组装3D-NaCl为高温煅烧过程中的限域空间反应器，以避免氮烧失和提升氮掺杂效率，同时采用金属Co2+离子配位的吡啶基化合物为前驱体，调控制备出了三维多孔网络结构的3D-Co-N-C类电催化剂，其研究思路如图所示。研究发现，该方法在进一步提高可用于掺杂过程氮含量的同时，从根本上提升前驱体的热稳定性和降低含氮活性物种的热分解损失，所得3D-Co-N-C催化剂中的氮含量及掺杂效率高、活性位点多、导电性好，其氧分子电还原催化性能及长期稳定性可媲美于目前最好的商业Pt/C催化剂。这一研究成果对设计和制备高活性电催化剂材料具有重要指导意义，对研发燃料电池等新能源系统具有重要的应用前景。
该成果是基于研究团队前期在Fe-N-C类催化剂材料（Carbon，2017，119，201；Carbon，2017，125，640；2017年影响因子7.082，SCI一区期刊）、三维多孔掺杂碳材料（Electrochimica Acta，2017，236，228；2017影响因子为5.116，SCI一区期刊）等方面取得的研究结果及经验，该项工作主要由郭朝中博士、李璐博士课题组和四川理工学院司玉军博士课题组合作完成，永利集团为第一完成单位，郭朝中博士、司玉军博士、李璐博士为论文的共同通讯作者。该项工作得到重庆大学陈昌国教授、重庆工程职业技术学院张进教授等的指导和帮助，同时得到重庆市发改委、重庆市科委、重庆市教委、重庆市高校新型储能器件及应用工程研究中心等项目的经费支持。
据悉，燃料电池等先进能源系统因具有高能量转化效率、低排放等优点，被认为是解决能源短缺及环境危机的重要方案。在这些新型能源系统中，阴极（亦称 “空气电极”）上的氧还原反应（ORR）是一个核心过程，其反应速率直接决定着这些能源系统性能的优劣。金属铂是当前最为常用的ORR催化剂，但铂的价格昂贵、储量有限、稳定性差、易中毒，严重影响了能源系统的性能及使用寿命。为此，发展高性能、低成本的非铂催化剂对于从根本上解决能源短缺与环境污染等问题将具有非常重要的战略意义。过渡金属-氮掺杂碳（M-N-C）类催化剂作为非铂催化剂中最重要的一类，被认为是替代Pt催化剂的理想材料之一。然而，M-N-C类催化剂目前尚面临着掺杂效率与活性位密度低、催化活性不高、催化机制不明等关键科学问题急需解决。郭朝中博士、李璐博士团队的研究成果将对设计和制备高活性电催化剂材料具有重要指导意义，将有力助推燃料电池等新能源系统的研发和应用。