近日，天津工業(yè)大學化學與化工學院副教授尹振課題組在《德國應用化學》發(fā)表的論文，被選為當期熱點文章。該課題組與北京大學教授馬丁課題組、中科院大連化學物理研究所研究員汪國雄課題組等合作，在非金屬碳基催化劑制備和氧還原反應(ORR)研究方面取得突破性進展，成功獲得sp2碳和sp3碳共存且氮摻雜的三維碳泡沫(CF)。

新型能源轉換技術和清潔能源的開發(fā)對于我國能源供給和環(huán)境保護至關重要。氧還原反應是燃料電池和金屬空氣電池中的電極反應，其中催化劑對于電極反應性能和電池性能提升具有關鍵性作用。然而，氧還原催化劑的研究主要集中于Pt基催化劑，成本較高，嚴重限制其大規(guī)模應用。

近些年，碳基催化劑作為一種低成本高效的催化劑受到廣泛關注，然而目前碳基催化劑的制備和應用研究主要集中在sp2碳，比如石墨烯。而Sp3碳由于催化活性低、高溫穩(wěn)定性差和導電性差等原因，在催化方面鮮有報道。

此次尹振等人的氧還原反應結果表明：該三維碳泡沫不但顯示出優(yōu)異的催化活性，而且起峰電位、半波電位和Tafel斜率均優(yōu)于商業(yè)化的Pt/C催化劑。同時，利用該三維碳泡沫作為陰極催化劑組裝鋅—空氣電極，該電池的功率密度最高可達222.0 mW cm-2，并且在長達100小時的性能測試中顯示出良好的穩(wěn)定性。

此外，他們通過理論計算同樣證實，sp3碳和sp2碳界面的氮原子對于碳材料的ORR性能具有決定性的影響作用。該工作不但為碳材料的合成和催化應用開辟了新的思路和方法，而且證實在分子水平上可以實現碳材料的設計和可控合成。

相關論文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.20190791