基于电纺的多孔道碳纤维催化电极材料研究取得新进展
发布时间: 2017-06-13

    近期,我校纺织学院覃小红教授、季东晓博士等与新加坡国立大学(National University of SingaporeSeeram Ramakrishna教授合作,在新能源领域催化功能纳米碳纤维膜的制备和表征方面取得重大进展,研究论文Design and synthesis of porous channel-rich carbon nanofibers for self-standing oxygen reduction reaction and hydrogen evolution reaction bifunctional catalysts in alkaline medium被英国皇家化学会(RSC)材料与能源的权威杂志《Journal of Materials Chemistry A》发表(J. Mater. Chem. A, 2017, 16, 7507-7515),我校纺织学院为第一贡献单位。

多孔道碳纳米纤维电极的规模化制备及其孔道结构

基于碳纳米纤维的非贵金属催化剂和电极材料是新一代能量转换和储能器件的重要组成部分。多孔和多通道的碳纳米纤维对于电化学反应活性位点的暴露和反应动力学的提高至关重要。尽管目前已有相关报道来提高电纺碳纳米纤维的孔隙率和制造多通道的形貌,但其使用的材料成本较高,制备条件苛刻,所得材料的电化学性能仍不能令人满意。因此,规模化制备低成本,多孔道,高性能的碳纳米纤维膜对于新一代能源器件的研究和产业化具有重要的意义并仍面临着巨大的挑战。

新型多孔道碳纳米纤维膜的氧还原和析氢性能并可以直接作为电解水制氢的电极使用

    本研究利用课题组自主研发的自由液面静电纺技术,规模化制备了含有多孔和多通道形貌的碳纳米纤维膜。该成果灵巧地利用了电纺纳米纤维多组分及可负载金属纳米颗粒的优势,通过一步碳化直接制备出了具有多孔道并负载活性金属纳米颗粒的碳纳米纤维,所得的多孔道碳纳米纤维膜具有三维多级网络结构和独特的中空多孔纳米形貌,由于其良好的物理机械性能,充足的电化学反应活性位点和快速的传质特性,该材料表现出极佳的氧还原(可与贵金属铂相媲美)/氢析出催化性能和稳定性,可以直接作为柔性的析氢和氧还原电极使用。本研究不仅提出了新颖的多孔道碳纳米纤维的合成方法,同时对自支撑功能性催化电极的制备也提供新的的思路。所制备的碳纳米纤维电极有望应用在新一代柔性储能器件和智能纺织品中。

    该项研究工作得到了青年长江学者奖励计划、中央高校基础研究基金,东华大学杰出青年教授计划等的大力资助。