最近，记者从中国科学院工艺工程研究所获悉，国家生化工程重点实验室研究员王丹团队开发了一种混合石墨炔的SP混合氮，在催化燃料电池阴极氧还原反应中（ORR）它显示出良好的催化性能。研究结果最近发表在自然化学中。
燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，具有零污染、能量转化效率高、应用范围广等优点。它是最有前途的新能源转化装置之一。其阴极氧还原反应(ORR)在催化剂的作用下，输出有效的电流密度是一个动力学缓慢的过程。
王丹告诉记者，传统的非贵金属非贵金属非贵金属非贵金属非贵金属非贵金属催化剂是促进燃料电池规模应用的必然选择。
研究证实，氮掺杂碳基催化剂具有良好的ORR催化活性和稳定性，预计将取代铂催化剂在燃料电池中的应用。氮掺杂结构有许多不同的形式，包括吡啶氮、亚胺氮、吡咯氮、氨基氮、腈基氮、石墨氮和氧化氮。王丹说：“研究人员普遍认为吡啶氮的存在创造了ORR活性位点，其他高性能氮掺杂结构的报道很少。”。
研究人员在薄层石墨炔材料的基础上，通过周围反应成功地在薄层石墨炔的炔键上引入了一种新型的SP混合氮原子，实现了氮的定点和定量混合。据报道，与其他形式的氮结构相比，引入SP混合氮原子使周围的碳原子具有更多的正电荷，更有利于氧的吸附和激活，使电子更容易转移到催化剂表面，可以显著提高OR催化性能。
实验结果表明，半波电位为0.87伏，动力学电流密度为每立方厘米38毫安，优于商用铂-碳催化剂，稳定性和甲醇耐受性更好。在酸性条件下，该材料的活性略低于商用铂-碳催化剂，但仍优于其他非金属催化剂。
这种氮原子可控混合的机制和策略为催化剂的设计提供了新的思路，有效地促进了非金属催化剂取代铂基催化剂的过程。
