团队研究碳基催化剂的材料降解过程

尽管已经开发出大量碳基催化剂来促进不同电化学系统中的氧还原反应(ORR)，但迄今为止这些催化剂的降解过程仍然不清楚。在电化学系统中催化剂表面上的ORR的某些步骤中，会产生过氧化氢(H2O2)。

该化合物可能对催化剂本身有害，因为H2O2产生的高氧化性物质会攻击催化剂的不同部分，导致其化学结构降解。一组研究人员阐明了H2O2如何影响名为NG/MOF的碳基催化剂的降解。

该催化剂由与金属有机骨架集成的氮掺杂石墨烯组成;由同一研究小组进行的合成。他们还研究了这种降解对催化剂性能的影响。他们的工作发表在《工业化学与材料》杂志上。

尽管已经开发出大量碳基催化剂来促进不同电化学系统中的氧还原反应(ORR)，但迄今为止这些催化剂的降解过程仍然不清楚。在电化学系统中催化剂表面上的ORR的某些步骤中，会产生过氧化氢(H2O2)。

该化合物可能对催化剂本身有害，因为H2O2产生的高氧化性物质会攻击催化剂的不同部分，导致其化学结构降解。一组研究人员阐明了H2O2如何影响名为NG/MOF的碳基催化剂的降解。

该催化剂由与金属有机骨架集成的氮掺杂石墨烯组成;由同一研究小组进行的合成。他们还研究了这种降解对催化剂性能的影响。

新泽西理工学院副教授EonSooLee解释说：“我们的目标是阐明碳基催化剂在电化学能源系统中运行期间电催化性能降低和材料同时降解过程的综合机制。”谁领导研究团队。

在各种电化学能源系统的ORR过程中，不可避免地会形成副产物过氧化氢(H2O2)。在电化学反应环境中，这种化合物不稳定，很容易分解成各种高氧化性物质，这会深刻影响催化剂(包括碳基催化剂)的化学结构。

虽然之前的研究探讨了H2O2对过渡金属基催化剂的影响，但本研究首次深入分析了H2O2驱动的材料降解过程及其相应的电催化性能下降，特别是在碳材料中。ORR基催化剂。

推进电化学能源技术以满足未来几十年世界能源需求的重要性怎么强调也不为过。目前，许多电化学能源系统使用昂贵的铂族金属(PGM)基催化剂，使得这些系统与基于燃烧的能源系统相比在经济上缺乏竞争力。

在此背景下，各种碳基功能材料显示出了潜力，但在我们能够自信地在电化学能源系统中使用碳基催化剂之前，还有很多工作要做。

特别是，必须全面掌握催化剂材料在运行过程中如何降解。这方面与电化学系统的长期性能和机械稳定性直接相关。

尽管人们在提高碳基催化剂的电催化性能方面做出了巨大努力，努力使其更接近铂族金属(PGM)基催化剂的性能水平，但降解问题仍然是相对未知的领域。这主要是由于碳基催化剂复杂的结构和功能特征。

一种重要的催化剂降解途径与H2O2有关。众所周知，碳基催化剂在氧还原反应(ORR)过程中会产生副产物H2O2。

关键问题是H2O2如何影响催化剂的化学结构，从而影响其性能稳定性。了解哪些化学部分受H2O2影响最大，以及这些结构变化如何与电催化性能的变化相关，对于碳基催化剂至关重要。

研究小组使用NG/MOF碳基催化剂，并将其暴露于不同浓度的过氧化氢(H2O2)中，模拟现实世界的电化学能源系统条件。他们检查了催化剂的元素组成、主要化学键、晶体结构和形态的变化。

他们还评估了催化剂的电催化性能。研究发现，较高浓度的H2O2主要影响碳-碳键，减少吡啶-N组分，进而影响催化性能，并引起不利于ORR催化的结构变化。

展望未来，研究小组希望他们的研究能够为H2O2诱导的降解如何影响不同电化学系统中氧还原反应(ORR)中使用的各种碳和金属有机骨架电催化剂提供有价值的见解。

“在接下来的步骤中，我们打算对NG/MOF催化剂的材料降解以及随后的电催化性能损失进行原位分析。我们希望这些研究将为未来检查降解的努力建立一个知识库。从各种面向应用的角度来研究碳基催化剂的工艺，”Lee说。