燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置,其空氣電極催化層的設(shè)計,既要包含豐富的、易于接近的反應(yīng)活性位,也要具備高度連通的電子、質(zhì)子以及反應(yīng)物、產(chǎn)物傳質(zhì)通道,因此電極必須具有特定三維幾何結(jié)構(gòu)形貌和有序分布的各功能化孔道,確保催化活性位得以充分利用以及反應(yīng)可以連續(xù)進(jìn)行。針對催化劑孔道的幾何結(jié)構(gòu)調(diào)控,本文調(diào)研了最近報道的一系列研究工作,從模板法、高溫相變法、模板/相變復(fù)合方法以及基于金屬有機(jī)框架材料進(jìn)行孔道設(shè)計等四種主要方法出發(fā),綜述了該領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展。 

【文章來源】：化工學(xué)報. 2020,71(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：22 頁

【部分圖文】：

不同結(jié)構(gòu)的Fe-N摻雜的多孔碳材料(a)；與Na+(b)、Ca2+(c)、Ca2+和Na+(d)相互作用的明膠分子示意圖[59]

納米管結(jié)構(gòu)由于孔徑較細(xì)且僅有兩端開口，極大影響了管道內(nèi)壁活性位的利用效率。Wang等[62]采用兩步假象轉(zhuǎn)化法合成了具有多孔開口結(jié)構(gòu)的碳納米管(O-NCNT-SS)(圖10[62])。電化學(xué)測試顯示，與沒有開口結(jié)構(gòu)的碳納米管以及沒有采用Na Cl重結(jié)晶固型法合成的催化劑相比，多孔開口碳納米管ORR活性更高，與Pt/C催化劑相當(dāng)。此外，該催化劑還具有良好的抗甲醇能力和優(yōu)異的穩(wěn)定性。表3給出了這部分研究成果的小結(jié)。綜合運(yùn)用模板和相變方法，可以更簡便地制備不同尺度孔道的復(fù)合結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑更有利于活性位暴露及質(zhì)、荷傳遞的催化層3D空間結(jié)構(gòu)，幫助研究人員實(shí)現(xiàn)更多創(chuàng)新的、奇思妙想的設(shè)計。

圖1 0 O-NCNTs的合成示意圖(a)、形貌表征(b)和電化學(xué)性能圖(c)[62]hematic illustration of the synthetic method for O-NCNTs(a).Morphological charac在另一項工作中，Najam等[71]實(shí)現(xiàn)了多級孔碳基納米結(jié)構(gòu)與物種的精確調(diào)控。通過在層狀雙氫氧化物Zn AI-LDH和Co Al-LDH納米片兩側(cè)均勻生長ZIf-67的菱形多面體小顆粒，首先得到三明治結(jié)構(gòu)ZIF-67/M-Al-LDH。有趣的是，ZIF-67/M-AlLDH在不同焙燒程序下碳化，形成蠕蟲狀納米管Co-CNTs、Co納米顆粒Co-NPs、Co納米片Co-NS等三種不同結(jié)構(gòu)碳材料(圖14[71])。在三電極體系測試中，蠕蟲狀納米管催化劑起始電位0.94 V，半波電位0.835 V，在三種催化劑中活性最高。同時該催化劑在10000圈循環(huán)后活性未有明顯衰減，表明所構(gòu)建的材料具有很好的穩(wěn)定性。


本文編號：3375885