电催化分解水能够同时产生氢气和氧气，对能量存储和转化具有重大的意义。然而受限于氧析出（Oxygen Evolution Reaction, OER）反应过程中缓慢的四电子传递过程，OER一直是制约电解水的一个瓶颈。因此，设计合成基于非贵金属材料的高性能OER催化剂，成为该领域的研究热点。迄今为止，OER催化剂主要有：（1）贵金属铱和钌的氧化物催化剂，此类催化剂稀缺昂贵，且长期稳定性差，不能大批量应用；（2）碳材料催化剂，它们来源丰富，价格低廉，与电负性O或N相连的碳原子起主要活性作用；（3）基于过渡金属的非贵金属催化剂，它们虽然性能优异，甚至有些类别超越了贵金属催化剂，但其自身导电性差且易化学腐蚀。

基于此，董晓臣教授与新加坡南洋理工大学的陈鹏教授课题组合作，在碳基功能材料研究基础上，以金属-有机配位聚合物为前驱体，通过高温热解法成功实现了类石墨烯碳层（一般为1-3层）对过渡金属氧化物纳米粒子的包裹。电催化分解水实验表明，在纳米碳空腔中的高活性金属氧化物纳米粒子避免了与苛刻反应环境（如酸性、碱性和强氧化性等）的直接接触，有效地延缓和阻止了催化剂失活过程；同时，经高温热处理后，有机配体中的氮原子掺杂到类石墨烯壳层中，进一步增加了催化活性位点。基于这一原理制备得到的类石墨烯碳层包覆的纳米MnCO₂O₄催化剂具有优异的催化活性和稳定性，在电流密度为10 mA cm^-2 条件下，阳极过电位仅为287 mV；在320 mV过电位下连续测试20小时后，催化性能基本无衰退，展现出比商用RuO₂及其他常用电催化材料更优异的电催化活性，有望成为低成本的能源存储与转换材料。相关结果于近日发表在Nano Research。

该工作得到了国家杰出青年科学基金、国家留学基金委等项目的资助。

文章链接：http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12274-016-1025-x

文章附件：孙陈诚-Nano Res-2016-mixed transition metal oxide nanoparticles encapsulated in nitrogen doped carbon.pdf