隨著能源危機的到來及全球環(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。燃料電池正負極材料，尤其是負極氧還原催化劑，多采用Pt基催化劑，但由于其較大的過電勢及貴金屬Pt的儲量稀少、價格高昂，嚴重阻礙了燃料電池的商業(yè)化進程。發(fā)展高活性、高穩(wěn)定性的非金屬負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。

在國家自然科學基金和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃的支持下，中國科學院過程工程研究所王丹研究員的研究團隊與國家納米科學中心唐智勇研究員的研究團隊合作，從分子組裝的角度出發(fā)，在石墨烯上，通過對金屬離子及卟啉分子的多次吸附，制備了鈷卟啉/石墨烯復合催化劑（如圖）。并進一步通過對催化劑結(jié)構(gòu)、厚度及性能的可控合成，實現(xiàn)了催化活性的最大化。同時，由于石墨烯的大比表面積、高導電性及穩(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)定性復合非貴金屬氧還原催化劑的設(shè)計與開發(fā)開辟了新的路徑。

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

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