在单原子催化剂上打破中间溶解外,使用近接组扰动器进行增强的氧降低
Zhaoyang Han1,2, Ruihui Gan3, Tao Gong1
1Shenzhen Key Laboratory of Special Functional Materials, Shenzhen Engineering Laboratory for Advance Technology of Ceramics, Guangdong Research Center for Interfacial Engineering of Functional Materials, Guangdong Provincial Key Laboratory of New Energy Materials Service Safety, College of Materials Science and Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, P. R. China.
研究人员通过修改其本地环境来设计单原子催化剂,增强燃料电池的电催化. 这种"固定分子扰动"策略提高了质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的性能和稳定性.
科学领域:
- 电触媒溶解是一种电触媒.
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 能源转换 能源转换
背景情况:
- 电催化性能在很大程度上依赖于活动地点的微环境,特别是结网络.
- 调整这个网络在质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 中具有挑战性,原因是有限的离子可用性 (只有质子).
- 当前的策略往往侧重于活动现场优化,忽视了催化剂的本地环境.
研究的目的:
- 开发一个总体策略来调整单原子催化剂的微环境.
- 提高氧降解反应 (ORR) 催化剂的电催化性能.
- 用工程催化剂证明PEMFC的增强稳定性和效率.
主要方法:
- 通过将近位P-O组纳入Fe-N-C单原子催化剂,引入了"不移的分子扰动".
- 利用光谱学和计算方法来确认工程微环境对OH中间体的影响.
- 在0.5米H2SO4和H2/O2PEMFC设置中测试了催化剂性能.
主要成果:
- 工程微环境选择性地削弱了OH中间体的溶解,促进了脱落.
- 在H2SO4中达到0.861V的高半波潜力,在PEMFC中达到1024mW cm-2的峰值功率密度.
- 在0.65V下253小时后,表现出极好的稳定性,72%的电流保留率.
结论:
- "不移的分子扰动"是通过设计催化剂的第二协调球来增强电催化剂的有效策略.
- 这种方法显著提高了PEMFC的ORR性能和稳定性,超过了许多非贵金属催化剂的性能.
- 转移的重点从主动中心优化到深思熟虑的本地微环境工程,用于先进的电催化.
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