用于氧还原反应（ORR）的电催化剂是金属/空气电池和质子交换膜（PEM）燃料电池等多种能量储存和转换技术的关键。铂基材料是一种典型的氧还原电催化剂，它以四电子的方式催化氧的还原。然而，铂的高成本和稀缺性是其大规模商业化的主要障碍，这就需要追求贵金属的高效率或开发非精密电催化剂。近日，武汉大学毛旭辉和中国环境科学研究院Lei Wang等研究人员，报告了新型碳质材料，即CeO₂包裹的氮掺杂生物炭 [BC-Ce-X (X = 1和2)] 在氧还原反应(ORR)方面的优越性能。该增值生物炭材料的生物前体是在富硒溶液中通过水培操作进行仿生制备的。表征结果表明，在热解过程中，具有大量氧空位的CeO₂稳定地嵌入N自掺杂生物炭中。测定的无铈生物炭(BC样品)、BC-Ce-1和BC-Ce-2的比表面积分别为79、566和518 m²/g。BC-Ce-X (X = 1和2)表现出良好的ORR性能，初始电位为~0.9-0.91 V，优于商业的10 wt% Pt/C和BC。与Pt/C相比，BC-Ce-2具有更好的耐甲醇性和稳定性。此外，BC-Ce-2对锌/空气电池具有良好的电化学活性。对照实验和密度泛函理论计算表明，在ORR中，pyri-N/C中心和CeO₂与氧空位之间存在协同效应。由pyri-N和氧空位形成的Lewis碱基极大地促进了O₂分子的化学吸附。

Liu Pi, Rui Jiang, Wanxin Cai, et al. Bionic Preparation of CeO2-Encapsulated Nitrogen Self-Doped Biochars for Highly Efficient Oxygen Reduction. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020.

DOI: 10.1021/acsami.9b19614

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b19614