气凝修改对Fe-N-C活性和稳定性对酸电解质中氧降解反应的影响

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:

• 开发具有成本效益的阴极催化剂对于推进高温聚合物电解质膜燃料电池 (HT-PEMFCs) 的发展至关重要.
• 铁--碳 (Fe-N-C) 材料是有希望的催化剂,但它们的性能在很大程度上取决于碳支物的特性.
• 基于Resorcinol-formaldehyde的碳气凝 (CA) 为Fe-N-C催化剂支提供了一个可调节的平台.

研究的目的:

• 为了定制碳气凝 (CA) 作为铁--碳 (Fe-N-C) 催化剂的支.
• 优化CA孔隙结构和表面功能,以改善HT-PEMFC中的Fe-N-C合成和电化学性能.
• 评估不同CA处理对Fe-N-C阴极催化剂活性和选择性的影响.

主要方法:

• 合成Fe-N-C催化剂使用经过多种处理的基于resorcinol-formaldehyde的碳气凝 (CA).
• 研究酸电解质中的Fe-N-C性能,重点关注氧降解反应 (ORR) 活性和选择性.
• 使用能量分散式X射线光谱学 (XPS) 描述的功能.
• 探索使用K2CO3和胺的一步激活/碳化处理.

主要成果:

• 经过5小时的酸 (HNO3) 处理,产生了具有最高质量活性和选择性的Fe-N-C,与增加的功能和最佳的Fe-Nx位点形成相关.
• 较短的HNO3氧化 (2小时) 导致ORR活性略低.
• 对CA的酸 (H3PO4) 处理导致Fe-N-C,ORR活性微不足道.
• 用K2CO3和K2CO3 / 胺的一步激活证明了Fe-N-C催化剂有前途的ORR活性.

结论:

• 优化的CA支,特别是那些用HNO3处理的支,对于HT-PEMFC中的高性能Fe-N-C催化剂至关重要.
• 的结合和Fe-Nx位点的形成是催化剂活性和选择性的关键因素.
• 新的单步激活方法显示了具有成本效益的Fe-N-C合成的潜力.
• 这项研究有助于开发更高效,更经济的HT-PEMFC.