カーブした支柱上の単原子Fe触媒による酸性酸素還元
Yasong Zhao1,2, Jiawei Wan1, Chongyi Ling3
1State Key Laboratory of Biopharmaceutical Preparation and Delivery, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing, People's Republic of China.
この研究は,陽子交換膜燃料電池のための先進的な鉄・窒素・炭素 (Fe/N-C) 電触媒を導入する. これらの触媒は優れた活性と耐久性を示し,現在のプラチナフリー代替品の限界を克服しています.
科学分野:
- 材料科学
- 電気化学
- カタリシス
背景:
- 陽子交換膜燃料電池 (PEMFC) のための費用対効果の高い電気触媒の開発は極めて重要です.
- プラチナ類の金属触媒は効果的だが高価である.
- 既存の鉄・窒素・炭素 (Fe/N-C) 触媒は,中間吸収とフェントン反応により,活性と耐久性に問題があります.
研究 の 目的:
- PEMFCの活性と耐久性を高める新しいFe/N-C電触媒の設計と開発.
- 現在のFe/N-C触媒の限界に対処するために,特に強い中間結合とFeの脱金属化.
- プラチナ系金属のないPEMFCで高い性能を達成するためです.
主な方法:
- 2Dカーボン層のナノプロトージョンを備えた新しいFe/N-C触媒の合成
- 単一のFe原子の部位をナノ突起の内側の曲面に埋め込む.
- 中間結合と基質生成を修正するために,ナノプロトージョンにグラフィティ化された外部炭素層を使用します.
主要な成果:
- 新しいFe/N-C触媒は,分散したナノ突起でユニークなナノ構造を示しています.
- 単一のFe原子の部位は主にナノ突起の内側の曲面に固定されています.
- グラフィティ化された外側の炭素層は,酸素化された中間結合を効果的に弱め,ヒドロキシル基の生成を減少させます.
- H2-空気PEMFCで0.75Wcm−2の記録的な電力密度を達成しました.
- 300時間以上稼働した後に 86%の活性維持を証明した.
結論:
- 設計されたFe/N-C触媒は,プラチナグループ金属のない電触媒の重要な進歩を表しています.
- ナノ構造とFe原子のサイト統合は,触媒性能と耐久性を効果的に高めます.
- 燃料電池はコスト効率が高く 性能も高くなっています
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