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网上真人赌场水江瀾教授課題組在《Nature Catalysis》上報道超高性能鐵基燃料電池催化劑

發佈時間:2019-03-07  瀏覽次數:

2019年3月4日,《Nature Catalysis》發表了澳门网上真人赌场真人赌场平台水姜堰教授在燃料電池非鉑催化劑領域的最新進展。 “具有致密活性位點和高效質量傳遞的Fe-N-Ce電催化劑用於高性能質子交換膜燃料電池”(用於高性能質子交換膜燃料電池的高密度活性位點和鐵 - 氮 - 碳電催化劑的有效傳質) 。本研究製備了凹面Fe-N-C單原子催化劑 ,顯着提高了催化劑在電極中的活性部位利用率和傳質能力 ,實現了非鉑催化劑燃料電池性能的新記錄  ,美國能源部(US DOE)爲2018年的活動目標設定了非鉑催化劑 。 質子交換膜燃料電池是一種很有前途的可持續能量轉換裝置 ,可以有效地將儲存在燃料中的化學能轉化爲電能 。它是目前唯一有望用於商用車輛的燃料電池 。然而 ,其商業開發受到高鉑催化劑的限制 。因此 ,低成本非鉑催化劑的開發是電催化領域的熱門研究課題。最活躍的非鉑催化劑是鐵 - 氮(Fe/N)共摻雜碳納米材料催化劑(Fe-N-C)  。儘管Fe-N-C催化劑取得了很大進步,但其性能遠遠低於Pt基催化劑 ,這對於實際應用仍然不夠。隨着原子級表徵技術的發展,已經認識到原子級分散的FeNx位點是最可能的活躍中心;基於此,以前的研究通常希望增加催化劑中的Fe含量(FeNx位點濃度) 。然而 ,研究表明,增加催化劑的活性 ,催化劑的活性與Fe含量之間沒有簡單的比例關係 。 通過長期探索  ,姜江燕教授認識到Fe-N-C催化劑活性位的利用率低是限制電池性能的主要因素 ,催化劑的孔結構是影響活性部位利用的關鍵 。基於對Fe-N-C催化劑活性增強機制的深入瞭解,電池器件性能的突破仍將面臨挑戰 。基於以上知識  ,他們設計並製備了具有大的外部比表面積的凹面Fe-N-C納米粒子催化劑 ,其不僅具有高的FeNx位點密度 ,而且與常規催化劑相比還具有顯着的電池改進 。活動站點利用率。由於上述優點 ,該催化劑具有前所未有的氫/氧燃料電池性能 ,電流密度高達47 mA cm-2  ,無噪聲0.88,這是美國能源部(US DOE)首次設定2018年非鉑催化劑的目標活性爲44 mA cm-2; 0.9 ViR-free的電流密度爲22 mA cm-2 ,測量的最終功率爲1.18 W cm-2 ,這是報告的最高值。該工作闡明瞭非鉑催化劑的性能增強機理 ,設計並製備了有效的催化劑配置 ,對今後開發高性能非鉑催化劑具有重要的指導意義 。自1999年成立以來,水姜堰教授一直致力於開發氫/氧質子交換膜燃料電池用非鉑催化劑。他對如何提高非鉑催化劑的活性和穩定性進行了深入而系統的研究 。重要結果。 開發了Fe-NC單原子催化劑的大規模綠色固相合成方法,首次採用單原子催化劑製備了質子膜燃料電池,提高了Fe-NC催化劑的電池活性(Angew.Chem  。 Int.Ed.Eng.2018,57,1204-1208);發明Pt原子接枝法以提高Fe-N-C催化劑的穩定性並使電池的穩定性加倍(Adv.Energy Mater.1188,8,1701345);鋸齒型缺陷碳比金屬催化劑具有更穩定的燃料電池性能,爲開發高穩定性非鉑催化劑燃料電池提供了新思路(Nat.Commun.12012,8,3819) 。 2017年网上真人赌场萬鑫副教授和劉曉芳副教授是該論文的共同第一作者 。華中科技大學真人赌场平台徐明教授是該論文的合着者 。北航參與這項工作還包括王海的高級實驗員和博士生李永成教授榮海海教授 。此外 ,催化劑活性中心的原子級分析得到了國家同步輻射實驗室研究員嚴文生和中國科真人赌场平台高能研究所研究員鄭立榮的大力支持。日本工業技術研究院(AIST)的Don N. Futaba博士就論文的撰寫提供了寶貴的意見。該研究由國家千人計劃青年人才計劃  ,國家自然科學基金項目(No. 21673014) ,教育部111計劃(No. B17002)和北航高級人才支持計劃資助 。文章鏈接:https://doi.org/10.1038/s41929-019-0237-3