基于Cu的催化剂与单个原子和纳米粒子的共存,用于基本的电催化氧降解反应
Huimin Liu1, Qiong Jin1, Lingzhe Meng1
1Beijing Key Laboratory of Construction-Tailorable Advanced Functional Materials and Green Applications, School of Materials Science & Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China. rhp@bit.edu.cn.
研究人员开发了一种新型的铜催化剂 (CuSACuNP/BiCN) 来自基于比斯的金属有机框架. 与金相比,这种先进的材料显示出优越的氧降解反应 (ORR) 性能,为高效的燃料电池铺平了道路.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 需要高效和稳定的氧降解反应 (ORR) 催化剂.
- 基催化剂 (Pt/C) 是有效但昂贵的,阻碍了广泛的工业应用.
- 开发具有成本效益的替代品对于推进燃料电池技术至关重要.
研究的目的:
- 为了合成和表征一种新的催化剂,使用基于木的金属有机框架 (MOFs) 作为分散的铜离子的基质.
- 评估氧减少反应 (ORR) 的合成催化剂的电催化性能.
- 将新催化剂的性能和稳定性与商业催化剂进行比较.
主要方法:
- 一种催化剂 (CuSACuNP/BiCN) 的合成,这种催化剂是通过 pyrolysis 方法将铜离子分散到 bismuth 基 MOF 上.
- 催化剂结构的特征,包括单个Cu原子和Cu纳米粒子,以及其层次性的多孔结构.
- 在0.1M KOH电解质中进行电化学测试,以评估ORR性能,包括半波电位和电流密度.
- 在12小时内进行耐用性测试.
主要成果:
- 与商业Pt/C相比,合成的CuSACuNP/BiCN催化剂表现出优越的ORR电催化性能.
- 催化剂实现了0.86V与RHE的高半波潜力,以及5.82mA cm-2的扩散限制电流密度.
- 观察到一个占主导地位的四电子转移通路,表明高效率.
- 催化剂在12小时的耐用性测试中表现出极好的稳定性.
结论:
- 开发的CuSACuNP/BiCN催化剂,在基MOF基板上包含单个Cu原子和Cu纳米粒子,是一种高效和稳定的ORR催化剂.
- 这种催化剂在性介质中超过了商业Pt/C的性能.
- 该研究为设计燃料电池中ORR应用的先进铜基单原子催化剂提供了宝贵的见解.
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