N-コーディネート・デュアルメタル・サイトの設計:酸性酸素還元反応のための安定した活性Ptフリー触媒
Jing Wang1, Zhengqing Huang2, Wei Liu3
1Department of Chemistry, iChEM (Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials), University of Science and Technology of China , Hefei 230026, China.
酸素還元反応のための 窒素添加炭素の 鉄コバルト二重部位を用いた 新しい電触媒を開発しました この高度な触媒はプラチナに匹敵する性能を示し,燃料電池の有望な代替品を提供します.
科学分野:
- 電気化学
- 材料科学
- カタリシス
背景:
- 酸素還元反応 (ORR) は燃料電池の性能にとって極めて重要です.
- プラチナ基の触媒は 効果は高いが 希少である
- 効率的で費用対効果の高い代替品の開発は重要な研究目標です.
研究 の 目的:
- 酸性介質での酸素還元反応 (ORR) のための新しい電気触媒の設計と合成.
- N-ドーピングされた多孔性炭素に埋め込まれたFe-Coの二重サイトのORR活性と安定性を調査する.
- 開発された触媒の性能を,商用プラチナ触媒や他の報告された代替品と比較する.
主な方法:
- ホスト・ゲストの戦略が電気触媒の構築に用いられた.
- Fe-Coのダブルサイトは,窒素ドーピングされた多孔性炭素のサポートに埋め込まれました.
- ORRの活性と安定性を評価するために,電気化学技術が使用されました.
- 触媒メカニズムを理解するために,密度関数理論 (DFT) の計算を行った.
主要な成果:
- Fe-Co 双サイト触媒は,商業用 Pt/C と比較可能な開始および半波ポテンシャルで,優れた ORR 活性を示した.
- 燃料電池試験では, (Fe,Co) /N-C触媒のH$_{2}$/O$_{2}$およびH$_{2}$/空気での性能が,ほとんどのPtフリー触媒と比較して優れていることが示された.
- 触媒は,電極測定で5万回以上,H$_{2}$/空気単細胞操作で100時間以上,顕著な長期安定性を示した.
- DFTの計算によると,二重金属サイトは4電子ORR経路にとって不可欠なO-O結合の活性化を促進する.
結論:
- 開発されたFe-Coダブルサイト電解剤は,酸性電解質における酸素還元反応の高度に活性で安定した代替品です.
- ホスト・ゲスト合成戦略は,高度な電気触媒を作るための効果的な経路を提供します.
- Fe-Coの二重サイトがN-ドーピングされた炭素に作用するシネジスティック効果は,高いORR性能と耐久性を達成するための鍵です.
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