赖斯大学研发团队优化纳米材料，可替代燃料电池阴极中的铂

美国赖斯大学（Rice University）研发人员研究发现，氮掺杂碳纳米管（nitrogen-doped carbon nanotubes）或改性石墨烯纳米带（modified graphene nanoribbons）可能是铂的合适替代品，用于快速氧还原，这是燃料电池将化学能转化为电能的关键反应。

赖斯大学科学家通过计算机模拟，着手研究如何改进燃料电池阴极的碳纳米材料。该论文发表在RSC期刊Nanoscale上，揭示了掺杂纳米材料催化氧还原反应( ORR)的原子水平机制。

掺杂或化学改性导电纳米管和纳米带可改变其化学键（chemical bonding）特性，用作质子交换膜燃料电池中的阴极。在简单的燃料电池中，阳极吸收氢燃料并将其分离成质子和电子。当负电子作为可用电流流出时，正质子被吸引到阴极，在那里再与电子和氧重新结合以产生水。

模型表明，具有较高的氮浓度的、且较薄的碳纳米管表现最佳，因为氧原子比较容易键合到最接近氮的碳原子上。研究人员发现，与纳米带相比，纳米管具有更大的优势，因为其曲率会扭曲其周围的化学键，从而结合起来更容易。

研究还发现，氮和硼共掺杂石墨烯纳米带增强了锯齿形边缘带的吸氧能力。此外，同样的催化原理适用于扶手椅形边缘的纳米带，但效果不太显著。

这项研究得到了 Robert Welch 基金会、陆军研究办公室、深圳市发展和改革委员会、中国青年千人计划和清华伯克利深圳学院的支持。

化学慧纳米材料系列产品