中國粉體網(wǎng)訊  美國賴斯大學(xué)（Rice University）研發(fā)人員研究發(fā)現(xiàn)，氮摻雜碳納米管（nitrogen-doped carbon nanotubes）或改性石墨烯納米帶（modified graphene nanoribbons）可能是鉑的合適替代品，用于快速氧還原，這是燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵反應(yīng)。

賴斯大學(xué)科學(xué)家通過計算機(jī)模擬，著手研究如何改進(jìn)燃料電池陰極的碳納米材料。該論文發(fā)表在RSC期刊Nanoscale上，揭示了摻雜納米材料催化氧還原反應(yīng)( ORR)的原子水平機(jī)制。

摻雜或化學(xué)改性導(dǎo)電納米管和納米帶可改變其化學(xué)鍵（chemical bonding）特性，用作質(zhì)子交換膜燃料電池中的陰極。在簡單的燃料電池中，陽極吸收氫燃料并將其分離成質(zhì)子和電子。當(dāng)負(fù)電子作為可用電流流出時，正質(zhì)子被吸引到陰極，在那里再與電子和氧重新結(jié)合以產(chǎn)生水。

模型表明，具有較高的氮濃度的、且較薄的碳納米管表現(xiàn)最佳，因為氧原子比較容易鍵合到最接近氮的碳原子上。研究人員發(fā)現(xiàn)，與納米帶相比，納米管具有更大的優(yōu)勢，因為其曲率會扭曲其周圍的化學(xué)鍵，從而結(jié)合起來更容易。

研究還發(fā)現(xiàn)，氮和硼共摻雜石墨烯納米帶增強了鋸齒形邊緣帶的吸氧能力。此外，同樣的催化原理適用于扶手椅形邊緣的納米帶，但效果不太顯著。

這項研究得到了 Robert Welch 基金會、陸軍研究辦公室、深圳市發(fā)展和改革委員會、中國青年****和清華伯克利深圳學(xué)院的支持。