胡立兵同学等在CCL上发表文章：由生物质壳聚糖制备Zn-N-C电催化剂

石河子大学化学化工学院清洁能源转化与储存研究团队（Clean Energy Conversion and Storage Research Group）依托新疆兵团绿色化工过程重点实验室，开展了光电气能源利用方面的研究工作，致力于传统能源、现代能源与未来能源的开发与利用。目前，该团队已经形成了CO/CO₂甲烷化、二次电池与超级电容器与光电催化产氢等研究方向。

近日，该团队基于生物质壳聚糖本身富含氮碳元素的特点，采用碳浴法成功制备了锌氮掺杂的碳材料（Zn-N-C）。所获得的Zn-N-C具有高比表面积（794.7 m²/g）和孔体积（0.49cm³/g）。电催化氧还原反应（ORR）性能测试的结果表明，Zn-N-C对ORR显示出较高的催化活性，其起始电位E₀ = 0.96 V_RHE和半波电位E_1/2 = 0.86 V_RHE，明显高于商业20 wt%Pt/C催化剂（E₀ = 0.94 V_RHE和E_1/2 = 0.81 V_RHE）。此外，Zn-N-C催化剂也具有比Pt / C催化剂更好的稳定性和甲醇耐受性。相关工作以 “Overwhelming eletrochemical oxygen reduction reaction of zinc-nitrogen-carbon from biomass resource chitosan via a facile carbon bath method”为题，在期刊《Chinese Chemical Letters》上发表。该论文第一作者胡立兵，通讯作者于锋副教授、田植群教授和代斌教授。Chinese Chemical Letters (CCL)的中文名为《中国化学快报》，是中国化学会和中国医学科学院药物研究所共同主办的化学综合性学术期刊，月刊，SCI收录期刊，是中国化学领域唯一的快报类期刊，目前与Elsevier出版公司合作出版，主编钱旭红院士。

图2 炭浴法制备Zn-N-C电催化剂（Chinese Chemical Letter, 2019, online.DOI:10.1016/j.cclet.2019.06.041）。

    同时，该团队还采用壳聚糖和普鲁士蓝为前驱体，采用一步炭浴法制备了氮掺杂碳包覆Fe₃O₄/Fe₃C纳米颗粒（Fe₃O₄/Fe₃C@NC）用作电催化氧还原（ORR）催化剂。Fe₃O₄/Fe₃C@NC具有丰富的Fe-N_x等活性位点，Fe₃O₄可以改变了Fe-N_x位点的电荷密度促进了电子转移，而且Fe₃C纳米粒子与氮掺杂碳的具有协同催化作用。该催化剂在碱性电解质中具有优异的起始点位为0.966 V（vs RHE）和极限电流密度为5.59 mA/cm²，稳定性与抗甲醇性能均优于商用Pt/C催化剂。相关工作以“Fe₃O₄/Fe₃C@nitrogen-doped carbon for enhancing oxygen reduction reaction”为题，在《ChemNanoMat》（封面文章）上发表（图1），该研究成果一经刊出即被国际权威学术新闻媒体ChemistryViews以“Iron-Based Hybrid Electrocatalysts”为题作为亮点进行了介绍（https://www.chemistryviews.org/details/ezine/11119934/Iron-Based_Hybrid_Electrocatalysts.html）。该论文第一作者硕士研究生刘民聪，通讯作者郭旭虹教授、Lili Zhang（Scientist II）和于锋副教授。