为ORR开发的新型电催化剂

北京航空航天大学研究小组在NANO的一篇论文中发表的最新研究结果表明，新型VNQD-NG是一种用于氧还原反应(ORR)的非贵金属电催化剂。具有3-6nm尺寸，高表面积和多级孔的丰富VN量子点的独特结构特征提供了相当大的结构边缘和缺陷作为活性位点，使暴露的活性位点最大化并为ORR提供足够的电子传输途径。这具有重要的实际和商业应用。

来自北京航空航天大学的一组研究人员展示了一种新型的低成本非贵金属催化剂，作为氧气还原反应的Pt基催化剂的替代品。在他们的工作中，通过简单的水热法和随后的氨退火工艺制造了一种均匀锚固在氮掺杂石墨烯(表示为VNQD-NG)上的新型氮化钒量子点。VNQD-NG具有高电催化活性，长久耐久性和对ORR的高选择性，优于市售的Pt-C。他们的报告出现在即将发行的NANO期刊上。

为ORR开发合适的电催化剂对于燃料电池和金属 - 空气电池的实际应用具有重要意义，因为ORR具有复杂的四电子转移过程的动力学迟缓。尽管用于ORR的铂(Pt)和Pt基合金具有高效率，但它们的高成本以及自然界中的稀有储量在很大程度上阻碍了大规模的实际应用。因此，开发低成本的非贵金属基催化剂作为Pt基催化剂的替代品是至关重要的。亚硝酸钒(VN)不仅具有与上述过渡金属氮化物相似的结构和高密度状态，而且具有良好的耐腐蚀性和高导电性，作为ORR的活性电催化剂具有很大的前景。

所制备的VNQD-NG具有许多零维(0D)VN量子点(QD)，其尺寸为3~6 nm均匀地锚定在氮掺杂石墨烯的表面上，提供了相当大的结构边缘和缺陷作为活性位点。 ORR。此外，VNQD-NG纳米片可以同时构建三维(3D)多孔结构，以最大化暴露的活性位点，并在ORR期间提供足够的电子传递途径。研究人员在0.1 M KOH水溶液中进行循环伏安(CV)测量，以研究VNQD-NG样品的ORR特征，反映了VNQD-NG对氧还原的显着电催化活性。计时电流测量表明，当在氧气饱和溶液中注入3M甲醇时，Pt-C催化剂会产生强电流响应，而VNQD-NG保持稳定的电流而没有任何明显的响应。显然，VNQD-NG杂化物对碱性电解质中的甲醇具有高选择性，对燃料分子渗透通过聚合物膜引起的交叉效应具有耐受性。研究人员还进行了旋转环盘电极(RRDE)测量，以验证VNQD-NG的ORR电化学动力学，显示出与Pt-C催化剂相当的ORR起始电位，以及更高的电子转移数(n)和动力学限制电流密度(Jk)比商用Pt-C和其他非Pt催化剂的电流密度(Jk)。当前时间(对燃料分子渗透通过聚合物膜引起的交叉效应的耐受性。研究人员还进行了旋转环盘电极(RRDE)测量，以验证VNQD-NG的ORR电化学动力学，显示出与Pt-C催化剂相当的ORR起始电位，以及更高的电子转移数(n)和动力学限制电流密度(Jk)比商用Pt-C和其他非Pt催化剂的电流密度(Jk)。当前时间(对燃料分子渗透通过聚合物膜引起的交叉效应的耐受性。研究人员还进行了旋转环盘电极(RRDE)测量，以验证VNQD-NG的ORR电化学动力学，显示出与Pt-C催化剂相当的ORR起始电位，以及更高的电子转移数(n)和动力学限制电流密度(Jk)比商用Pt-C和其他非Pt催化剂的电流密度(Jk)。当前时间(它)VNQD-NG的choronoamperometric响应在30,000 s后显示出相当低的77%衰减，这进一步证明了VNQD-NG的稳定性优于商业Pt-C(60%)。

VNQD-NG对ORR具有高电催化活性，高选择性和长久耐久性，优于市售的Pt-C。这些成就可以提供将各种其他3D多孔金属氮化物量子点开发到石墨烯上的扩展，以用于传感器，催化和其他电子器件中的广泛应用。