近期，東華大學(xué)羅維教授團隊在Advanced Fiber Materials(《先進纖維材料》)上發(fā)表了題為“Optimizing Oxygen Reduction Reaction through Enhanced Mesoscopic Mass Transport in Ordered Mesoporous Carbon Nanofibers”的研究成果。該研究利用靜電紡絲技術(shù)，精確調(diào)控超分子膠束的定向拉伸和有序排布自組裝過程，成功制備了具有高反應(yīng)擴散動力學(xué)特性的有序介孔納米碳纖維(NS-OMCNFs)。與傳統(tǒng)商業(yè)化鉑碳催化劑相比，NS-OMCNF的氫氧根離子(OH-)的擴散系數(shù)提升了200倍以上。在高載量條件下，傳統(tǒng)的無序孔道結(jié)構(gòu)介孔納米纖維和商業(yè)化鉑碳催化劑的ORR性能常因傳質(zhì)限制而降低。然而，NS-OMCNFs即便在高載量情況下，也能維持穩(wěn)定且卓越的電催化性能。因此，無論是在液態(tài)還是固態(tài)電解質(zhì)中，基于NS-OMCNFs的鋅空氣電池均展現(xiàn)出理想的功率密度和良好的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。
該研究提出的有序介孔碳納米纖維材料，通過提高介孔孔道結(jié)構(gòu)的有序性，顯著增強了材料在介觀尺度的傳質(zhì)特性，進而強化了ORR反應(yīng)動力學(xué)過程。特別是在高負載條件下，NS-OMCNFs中的OH-擴散能力遠超傳統(tǒng)無序介孔纖維和商業(yè)鉑碳催化劑�；贜S-OMCNFs構(gòu)建的液態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)鋅空氣電池不僅展現(xiàn)出高功率密度，而且具有出色的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。該有序介孔結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計與合成策略，為電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域中的高性能電催化材料的開發(fā)提供了新思路。
東華大學(xué)碩士研究生趙楚怡為本文的第一作者，東華大學(xué)林超教授、羅維教授和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院龍騰博士為本文的通訊作者。
