近日，天津工業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對于我國能源供給和環境保護至關重要。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異的催化活性，而且起峰電位、半波電位和Tafel斜率均優于商業化的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

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