鋰電世界  美國(guó)斯坦福大學(xué)由戴宏杰（Hongjie Dai）博士率領(lǐng)的研究小組于2012年5月28日宣布，已經(jīng)驗(yàn)證了“部分解壓縮的”碳納米管在酸性和堿性溶液中具有氧還原電催化劑的能力。這項(xiàng)工作成果已在“自然納米技術(shù)（Nature Nanotechnology）”雜志上報(bào)道，可望成為應(yīng)用于燃料電池和金屬-空氣電池使用鉑的較低成本的替代品。

    在新的過(guò)程中，少壁碳納米管的外壁被部分解壓，創(chuàng)建了依附在內(nèi)管（碳納米管-石墨復(fù)合物）上石墨納米尺寸的薄片。這類石墨薄片中含有原來(lái)自納米管生長(zhǎng)種子的極少量的鐵以及氮雜質(zhì)，這有利于催化活性中心的形成和提高催化劑的活性，見(jiàn)圖1。

    圖1. 擁有納米尺寸石墨薄片（白斑）的碳納米管受損的外壁，納米尺寸石墨薄片有利于鐵（黃色）和氮原子（紅色）形成催化活性中心。該催化劑可使氧還原為水。

    研究人員發(fā)現(xiàn)，來(lái)自碳納米管外壁的石墨薄片具有催化活性，內(nèi)壁保持不變，并保留其導(dǎo)電性，這有利于電催化過(guò)程中的電荷運(yùn)輸。

    鉑金非常昂貴，從而用于大規(guī)模商業(yè)化不切實(shí)際。低成本的替代開(kāi)發(fā)一直是幾十年來(lái)的主要研究目標(biāo)。而通常使用的燃料電池，他們采用基于貴金屬，如鉑金或合金的高活性氧還原反應(yīng)催化劑，。然而，在過(guò)去的五年中，鉑金價(jià)格已經(jīng)從略低于每盎司800美元上升至每盎司2,200美元以上。

    由含有鐵或鈷之類的金屬及氮雜質(zhì)的碳負(fù)裁材料，可增加可擴(kuò)展性和降低成本，但這些替代品通常在使用過(guò)程中活性低和/或逐步會(huì)減活。

    該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)留下完整的內(nèi)壁，碳納米管-石墨復(fù)合物表現(xiàn)出催化活性增強(qiáng)，而不會(huì)干擾其導(dǎo)電能力。

    業(yè)已發(fā)現(xiàn)，加入少量的鐵和氮雜質(zhì)制造的外壁，有非常強(qiáng)的催化反應(yīng)活性。但在保持其完整性時(shí)，也能提供電子運(yùn)走的路徑。除了有很高的活性外，也需有良好的導(dǎo)電性。而使用了單壁碳納米管，就不會(huì)有這一優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楸趽p壞會(huì)使電性能降低。

    研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，碳納米管的催化活性非常接近鉑，設(shè)計(jì)的高活性和穩(wěn)定性，可使它們有望成為燃料電池的候選品。

    研究人員最近已制造出用于燃料電池的碳納米管催化劑實(shí)驗(yàn)樣品并經(jīng)測(cè)試。多壁碳納米管可望也可用于由鋰或鋅制取的金屬-空氣電池。

    斯坦福大學(xué)的研究也解決了有關(guān)發(fā)生氧反應(yīng)的催化活性中心化學(xué)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期科學(xué)爭(zhēng)議問(wèn)題。