铁单个原子的N,P协调破解局部电荷对称性,用于高效的电催化氧降低
Jirong Bai1, Jinnan Xu2, Zhuangzhi Sun1
1Research Center of Secondary Resources and Environment, School of Chemical Engineering and Materials, Changzhou Institute of Technology, Changzhou 213022, China.
将引入铁碳催化剂显著提高了性燃料电池和空气电池的氧降解反应 (ORR) 活性和稳定性,优于催化剂的性能.
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
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 氧降解反应 (ORR) 的电催化剂对于性燃料电池和金属空气电池等能量转化设备至关重要.
- 组金属 (PGM) 催化剂是有效但昂贵的;原子分散的Fe-NC催化剂提供了一个有希望的替代品,但需要提高性能和耐用性.
- 目前的Fe-NC催化剂在催化活性和长期稳定性方面存在局限性.
研究的目的:
- 为了提高原子分散的Fe-NC电催化剂的催化活性和稳定性,用于氧降解反应 (ORR).
- 研究 (P) 兴奋剂对Fe-NC催化剂中的Fe-N4配置的影响.
- 评估新型催化剂在性介质中的性能,以及可充电空气电池中的阴极性能.
主要方法:
- 合成与 (FeN3PO) 合的原子分散的Fe-NC电催化剂.
- 在性条件下ORR活性和稳定性的电化学表征.
- 测试FeN3PO作为可充电空气电池中的阴极催化剂的性能.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以阐明P兴奋剂的机制.
主要成果:
- FeN3PO催化剂实现了0.91V的ORR高半波潜力,超过了Pt/C催化剂57mV.
- 在测试期间,其表现出了极好的稳定性,性能下降是可以忽略不计的.
- 在可充电的空气电池中,FeN3PO与Pt/C相比,提供了257mW cm-2的优越功率密度.
- DFT的计算证实,P兴奋剂优化了Fe 3d轨道,并加速了速度决定的步骤.
结论:
- 兴奋剂有效地破坏Fe-N4位点的局部电荷对称性,显著提高ORR性能.
- FeN3PO催化剂是ORR的高度活跃和耐用的非贵金属单原子催化剂.
- 这项工作为优化单原子催化剂的能源应用提供了新的策略.
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