缺陷工程ZIF衍生非Pt阴极催化剂在1.5毫克厘米^-2负载对质子交换膜燃料电池

科学领域:

• 催化剂是一种催化剂.
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学

背景情况:

• 氧降解反应 (ORR) 的非 (Pt) 基催化剂具有缓慢的动力学,需要高催化剂负载,导致大规模运输阻力.
• 燃料电池中的厚厚的催化剂层由于阻力增加而阻碍了性能.

研究的目的:

• 开发一个有缺陷的氧化伊米达酸盐框架 (ZIF) 衍生Co/Fe-N-C催化剂,具有优化的小介质孔 (2-4nm) 和高密度的活性位点.
• 研究介质孔大小对燃料电池非Pt催化剂的质量运输和活性位点利用的影响.

主要方法:

• 通过调节Fe剂量和热解温度来制备有缺陷的Co/Fe-N-C催化剂.
• 分子动力学模拟用于研究O2和H2O分子的扩散过程.
• 电化学试验和质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的性能评估.

主要成果:

• 带有小介质孔的Co/Fe-N-C催化剂表现出高密度的CoFe原子活性位.
• 大于2nm的美索波对O2和H2O扩散的影响微不足道,提高了活性部位的利用率并降低了质量传输阻力.
• 在低催化剂负载 (1.5 mg cm-2) 的情况下,PEMFC实现了755 mW cm-2的高功率密度,在高电流密度下没有性能损失.

结论:

• 通过优化质量运输和主动站点利用,提高Co/Fe-N-C催化剂的性能至关重要.
• 开发的催化剂显示了高效的质子交换膜燃料电池应用的巨大潜力.
• 本研究为设计电化学能量转换装置的先进非Pt催化剂提供了指导.