有序的半孔碳与二进制的CoFe原子物种,用于高效的氧降解电催化.
Fengying Pan1, Ziyan Shen1, Xianjun Cao1
1Joint International Laboratory on Environmental and Energy Frontier Materials, School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, P. R. China. yufei-zhao@shu.edu.cn.
Nanoscale
|April 19, 2024
概括
没有贵金属的电催化剂对于能源设备至关重要. 这项研究开发了一种新的碳双金属铁催化剂,与相比,在氧降解反应中表现出优越的性能.
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
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 氧降解反应 (ORR) 对能量转换装置至关重要.
- 开发高效,低成本,无贵金属的ORR电催化剂至关重要.
- 缓慢的ORR动力学阻碍了许多能源技术的性能.
研究的目的:
- 设计和合成一种新型的双金属铁 (CoFe) 电催化剂,该电催化剂固定在有序半孔碳 (CoFe/NC) 上.
- 研究热解温度在优化催化剂结构和性能方面的作用.
- 为ORR评估合成的CoFe/NC材料的电催化活性,耐久性和甲醇耐受性.
主要方法:
- 合理的设计和合成双金属CoFe纳米粒子和原子分散的双原子在一个有序的半孔碳矩阵.
- 通过变化热解温度来优化催化剂性能.
- 在0.1M KOH中进行电化学表征,包括循环电压测量和旋转磁盘电极测量.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以阐明反应机制和活性位点.
主要成果:
- 优化的CoFe/NC-750催化剂表现出高半波潜力 (E1/2) 0.87V与ORR的RHE相比.
- 催化剂表现出极好的甲醇耐受性和超过3000个周期的显著耐用性.
- 性能指标超过了商业在碳 (Pt/C) 电催化剂的性能指标.
- DFT的计算证实,由CoFe合金和Co单个原子调节的Fe活性位点的电子结构增强了ORR动力学.
结论:
- 开发的CoFe/NC-750作为一种高效的,无贵金属的电催化剂,用于氧降解反应.
- CoFe合金,Co单个原子和碳矩阵之间的协同效应显著增加了ORR活动.
- 这项工作为设计用于能源转换和储存应用的先进电催化剂提供了一个有前途的策略.
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