酸素還元反応のための二重原子触媒:反応条件下で原子構造を解析
Courtney Brea1,2, Guoxiang Hu3,4
1Department of Chemistry and Biochemistry, Queens College, City University of New York, New York, New York 11367, United States.
メタル・窒素・炭素二原子触媒は 燃料電池の将来性を示しています 彼らの活動は,FeCo-N-C触媒がプラチナを上回る動作条件下でのダイナミックな構造変化によって引き起こされます.
科学分野:
- 材料科学
- 電気化学
- カタリシス
背景:
- プロトン交換膜燃料電池 (PEMFC) は,効率的な酸素還元反応 (ORR) 触媒に依存しています.
- 金属-窒素-炭素 (M-N-C) 双原子触媒 (DAC) はプラチナの有望な代替品である.
- 運用条件下でのDACのダイナミックな構造的進化を理解することは極めて重要ですが,困難です.
研究 の 目的:
- 異なる電気化学的ポテンシャル下での186個の異核FeM-N-C DACのダイナミックな構造的進化を調査する.
- 触媒メカニズムを解明し,ORRの制限力を予測する.
- プラチナ基の触媒を上回る DAC を特定するために
主な方法:
- 熱力学的相図を用いて,186個の異核FeM-N-C DACを分析した.
- 活性サイト構造に対する応用ポテンシャルの影響を調査した.
- 電気化学的に改造された金属部位の触媒機構を調べた.
主要な成果:
- 電気化学的に改変された活性サイトが活性性を支配することを示す,より高い応用ポテンシャルでOH結合構造が優勢になる.
- ORRの制限ポテンシャルは,相図から正確に予測できます.
- 186のDACのうち29のDACはプラチナを上回り,FeCo-N-CDACが最も高い活性を示しました.
結論:
- 反応条件下におけるダイナミックな構造の変化は,DACの電気触媒性能を向上させる上で極めて重要です.
- FeCo-N-C DACはPEMFCにとって非常に活発で有望なORR触媒である.
- 計算上の予測は実験的発見とよく一致し,アプローチを検証する.
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