在实用燃料电池中减少氧气的高度金属间纳米粒子
Guang Feng1, Fanghua Ning1, Yue Pan2
1Beijing Key Laboratory of Theory and Technology for Advanced Batteries Materials, School of Materials Science and Engineering, Peking University, Beijing 100871, P. R. China.
Journal of the American Chemical Society
|May 10, 2023
概括
结构上有序的高金属间 (HEI) 纳米粒子在氧降解反应 (ORR) 和燃料电池中表现出异常的性能. 这些新型催化剂为先进的能量转化技术提供了极高的活性和耐用性.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 纳米技术
- 能源转换
背景情况:
- 高的固体溶液合金对能量转换具有重要意义.
- 结构上有序的高金属间 (HEI) 纳米粒子在电催化中尚未得到充分的研究.
- 开发高效的电催化剂对于推进燃料电池技术至关重要.
研究的目的:
- 合成和描述结构上有序的HEI纳米粒子 (NP).
- 评估这些HEINP的氧降解反应 (ORR) 的电催化性能.
- 评估HEI NP在H2/O2燃料电池中的性能
主要方法:
- 合成PtIrFeCoCuHEI (PIFCC-HEI) 的NP,平均直径为6nm.
- 使用原子分辨率能量分散光谱 (EDS) 绘制的原子结构特征.
- 电化学测试ORR活动和耐用性,以及燃料电池性能评估.
- 理论计算以了解结构与属性之间的关系.
主要成果:
- PIFCC-HEI NPs显示了一个有序的金属间结构.
- PIFCC-HEI/C实现了超高的ORR质量活性 (7.14A高贵金属-1在0.85V) 和非凡的耐用性 (>60,000循环).
- 使用PIFCC-HEI/C作为阴极的燃料电池显示出极高的峰值功率密度 (1.73 W cm-2) 和稳定的运行 (>80 h).
结论:
- 结构上有序的HEINP显示了ORR和燃料电池的顶级性能.
- 优越的性能归因于超高活性面,特别是优化ORR动力学和电子结构的 (001) 面.
- 这项工作强调了HEINP作为实际燃料电池和能源应用的有希望的催化剂.


