氧还原反应（ORR）是可再生能源转换和存储中最重要的反应之一。而提高ORR性能关键在于开发具有高活性，稳定和低成本的电催化剂。

有鉴于此，加拿大国家科学研究院（INRS）孙书会教授，Ana C. Tavares，意大利国家研究委员会（CNR）Antonino S. Aricò，南开大学王卫超教授报道了一种用于ORR的新的复合材料电催化剂，该材料由在N掺杂的还原氧化石墨烯上生长的Na₂Ta₈O_21-x/Ta₂O₅/Ta₃N₅纳米晶体组成。

文章要点

1）研究人员准备了T₁到T₄四种样品，样品T1由负载在GP上的Na₂Ta₈O_21-x组成，Na₂Ta₈O_21-x氧化物纳米颗粒呈棒状，长70 nm，宽度在15-20 nm左右。T2和T4由GP上的Na₂Ta₈O_21-x和Ta₂O₅组成，但T4的Ta₂O₅含量较高；样品T3由GP上的Na₂Ta₈O_21-x，Ta₂O₅和Ta₃N₅组成。样品T1和T2的晶体形状类似于金黄色黄玉，而T3和T4的晶体形状看起来更像是由各种形式和大小的晶体形成的陶粒。并且纳米颗粒的平均长度随着其他相的形成而逐渐减小。

2）与在石墨烯上的单个Na₂Ta₈O_21-x相比，Na₂Ta₈O_21-x/Ta₂O₅/Ta₃N₅催化剂在酸性介质中的ORR活性显着提高了约4个数量级，在碱性介质中的了约2个数量级。此外，它在酸性和碱性介质中均具有出色的稳定性。同时，与甲醇燃料电池相关的商用Pt/C相比，它具有更好的甲醇耐受性。

3）高ORR活性不仅来自三个Ta相之间的协同效应，还来自还原的氧化石墨烯纳米片的氮掺杂，与氮含量有关。通过结合特定的实验和密度泛函理论计算，深刻阐述了纳米晶体之间的电子转移导致在其界面处形成电荷积累层，从而促进O2分子的活化，进而提高ORR性能。

4）该混合催化剂具有很大的灵活性，可用于燃料电池与质子或阴离子膜结合使用，并且可以通过可再生途径获得存在从氢到醇的不同燃料。此外，该混合催化剂也可用于其他电池，例如金属空气电池，包括Zn-空气，Li-空气，Na-空气等。

Gaixia Zhang, et al, Engineering of a Low-Cost, Highly Active, and Durable Tantalate–Graphene Hybrid Electrocatalyst for Oxygen Reduction, Adv. Energy Mater. 2020,

DOI：10.1002/aenm.202000075

https://doi.org/10.1002/aenm.202000075