隨著能源危機(jī)的到來及全球環(huán)境的逐漸惡化，發(fā)展清潔替代能源成為解決一系列能源環(huán)境問題的關(guān)鍵。質(zhì)子交換膜燃料電池由于質(zhì)輕、高效、環(huán)境友好等優(yōu)良特性，成為非常有前途的替代能源。燃料電池正負(fù)極材料，尤其是負(fù)極氧還原催化劑，多采用Pt基催化劑，但由于其較大的過電勢及貴金屬Pt的儲(chǔ)量稀少、價(jià)格高昂，嚴(yán)重阻礙了燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。發(fā)展高活性、高穩(wěn)定性的非金屬負(fù)極氧還原催化劑成為大規(guī)模燃料電池商業(yè)化亟待解決的關(guān)鍵問題。

在國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃的支持下，中國科學(xué)院過程工程研究所王丹研究員的研究團(tuán)隊(duì)與國家納米科學(xué)中心唐智勇研究員的研究團(tuán)隊(duì)合作，從分子組裝的角度出發(fā)，在石墨烯上，通過對(duì)金屬離子及卟啉分子的多次吸附，制備了鈷卟啉/石墨烯復(fù)合催化劑（如圖）。并進(jìn)一步通過對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)、厚度及性能的可控合成，實(shí)現(xiàn)了催化活性的最大化。同時(shí)，由于石墨烯的大比表面積、高導(dǎo)電性及穩(wěn)定性，合成的催化劑穩(wěn)定性及抗甲醇中毒性能均得到了很大的改善。該成果為高活性高穩(wěn)定性復(fù)合非貴金屬氧還原催化劑的設(shè)計(jì)與開發(fā)開辟了新的路徑。

相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5585-5589.）。

該研究獲得國家自然科學(xué)基金（21025310, 91027011, 21031005, 91122014）及國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2009CB930401）資助。