洞察原子分散铁电催化剂的缺陷工程,用于高性能质子交换膜燃料电池
Seung Yeop Yi1, Eunho Choi2, Ho Yeon Jang3
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), 291 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon, 34141, Republic of Korea.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|August 7, 2023
概括
铁--碳催化剂 (Fe-NCs) 的缺陷工程显著提高了质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的性能. 优化的Fe-NC显示出高氧减氧反应 (ORR) 的活性,使燃料电池运行高效.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 原子分散的铁--碳催化剂 (Fe-NCs) 显示为替代组金属 (PGM) 催化剂的氧降解反应 (ORR) 的替代品.
- 目前的Fe-NC催化剂在实际的质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 膜电极组件 (MEAs) 中表现不佳.
研究的目的:
- 通过设计其局部缺陷环境来提高Fe-NC催化剂的MEA性能.
- 在PEMFC应用中优化Fe-NC催化剂以获得高效的ORR.
主要方法:
- 采用化物化碳 (ZIF) 来源的化碳与二氧化碳激活,以创建具有受控缺陷部位的Fe-NCs.
- 研究了缺陷数对Fe-NC催化剂结构和ORR活性的影响.
- 在H2/O2和H2/空气燃料电池中使用缺陷工程Fe-NC催化剂制造和测试MEA.
主要成果:
- 具有最佳缺陷密度的Fe-NC催化剂在0.5M H2SO4.4中表现出0.83V的ORR高半波潜力.
- 缺陷工程微调Fe d轨道贡献,优化反应中间体的结合能.
- 优化的Fe-NC催化剂MEA实现了1.1Wcm-2 (H2/O2) 和0.67Wcm-2 (H2/空气) 的峰值功率密度.
结论:
- 缺陷工程是一种可行的策略,可以显著提高PEMFC MEAs中的Fe-NC催化剂的性能.
- 优化的Fe-NC催化剂是燃料电池中ORR催化剂的高度活性,无PGM的替代品.
- 控制的缺陷点对于最大限度地提高原子分散金属催化剂的电催化活性至关重要.


