非貴金屬ORR催化劑研究獲重要進展

據哈爾濱工業大學新聞網報道：近日，哈工大化工與化學學院王振波教授課題組在質子交換膜燃料電池氧還原反應非貴金屬催化劑研究領域取得重要進展。研究成果“單原子分散的錳基催化劑應用于質子交換膜燃料電池氧還原反應”（Atomically dispersed manganese catalysts for oxygen reduction in proton-exchange membrane fuel cells）發表在期刊《自然-催化》（Nature Catalysis）上。該論文報道了在酸性介質中催化活性與穩定性兼備的MnN4催化活性位點，為非貴金屬催化劑的研究開辟了新的方向。該項研究由哈爾濱工業大學與美國紐約州立大學布法羅分校武剛教授合作完成，作者為哈工大2015級博士生李加展和紐約州立大學布法羅分校博士生陳夢杰，王振波教授與武剛教授為共同通訊作者，哈爾濱工業大學為通訊單位。

高性能（活性、穩定性）非貴金屬催化劑的研究制備是實現燃料電池技術大規模商業化應用的關鍵，也是該領域面臨的難題。Fe-N-C催化劑是目前活性hao的非貴金屬催化劑，但仍然面臨穩定性差的問題，而鐵離子的Fenton效應進一步限制了其實際應用。該項研究另辟蹊徑，采用化學摻雜和物理吸附相結合的兩步法逐步提高MOF衍生的氮摻雜納米碳載體活性位點的密度，制備了高活性與高穩定性兼備的單原子分散的Mn-N-C催化劑。其催化活性與傳統的Fe-N-C催化劑相當（0.8 V vs. RHE），但具有更加優異的穩定性。同時，燃料電池中的測試結果進一步證實了Mn-N-C催化劑的應用前景。原子級分辨率的STEM和X-射線吸收光譜證實單原子分散的MnN4為主要的催化活性位點，DFT理論計算進一步研究了該活性位點的催化路徑與反應機理。該研究從實踐和理論兩個層面上證實了錳基催化劑的活性與穩定性，為高性能催化劑的研究制備開辟了新的方向。

據悉，王振波教授入選2017年科技部中青年科技創新人才、黑龍江省“龍江學者”特聘教授；連續4年(2014-2017)入選Elsevier中國高被引科學家。多年來，他一直從事能源轉化與存儲相關領域研究，在低溫燃料電池催化劑、鋰電池正極材料、鋰(鈉)離子混和電容器等領域取得一系列高水平研究成果；在高水平期刊發表SCI論文150多篇，SCI收錄論文他引3600次以上，H因子36；申請國家發明專li63項，其中授權26項。