高効率の酸素還元反応のためのメソポラス金属-窒素ドーピングされた炭素電気触媒
Hai-Wei Liang1, Wei Wei, Zhong-Shuai Wu
1Max-Planck-Institute for Polymer Research , Ackermannweg 10, 55128 Mainz, Germany.
Journal of the American Chemical Society
|October 17, 2013
まとめ
ビタミンB12から派生した新しい非貴金属触媒は,酸性介質における酸素還元反応 (ORR) に際して顕著な活性と安定性を提供し,プラチナ性能に近づいています.
科学分野:
- 電気化学 電気化学について
- マテリアルサイエンス 材料科学
- カタリシス カタリシス カタリシス
背景:
- 酸素還元反応 (ORR) は,エネルギー変換装置にとって極めて重要です.
- 酸性介質におけるORRのための効率的で費用対効果の高い非貴金属 (NPM) 触媒の開発は,依然として重要な課題です.
- プラチナベースの触媒は,非常に効果的ですが,高価であり,代替品の研究を推進しています.
研究 の 目的:
- 酸性環境におけるORRのためのメソポラスNPM触媒のファミリーを合成し,特徴づけること.
- ビタミンB12 (VB12) とポリアニリン-Fe (PANI-Fe) コンプレックスから派生した触媒のORR性能を調査する.
- 毛細度および活性部位の分布を含む触媒構造をORRの活性および安定性と相関させる.
主な方法:
- シリカナノ粒子,SBA-15,モンモリヨナイトなどのテンプレートを用いてメソポラス触媒の合成.
- コバルト-窒素-ドーピングされた炭素 (C-N-Co) と鉄-窒素-ドーピングされた炭素 (C-N-Fe) の触媒を,それぞれVB12とPANI-Feから作る.
- ORRの活性,選択性,および安定性を評価するために,サイクル電圧測定および回転ディスク電極測定などの技術を使用して,触媒の電気化学的特徴付け.
主要な成果:
- VB12とシリカナノ粒子から派生したメソポラス触媒は,酸性媒体で例外的なORR活性を示した (半波電位は0.79V,Pt/Cに近い).
- 触媒は高い選択性を示し,電子移転数は3.95.5以上であった.
- 優れた電気化学的安定性が観察され,半波電位のマイナスシフトは10,000サイクル後にわずかであった.
結論:
- VB12から合成されたメソポラスNPM触媒は,酸性条件下でのORRに大きな期待を示しています.
- よく定義された多孔構造,高い表面積,およびメタル-Nx活性部位の均質な分布は,パフォーマンスの向上の鍵です.
- これらの発見は,燃料電池などのアプリケーションのためのプラチナベースの触媒の実行可能で費用対効果の高い代替案を示唆しています.
