Nature Energy:? 高度穩(wěn)定的原子級(jí)Fe-N-C催化劑用于燃料電池 2023年10月9日 上午9:03 ? 未全平臺(tái)發(fā)布, 頂刊 ? 閱讀 27 紐約州立大學(xué)武剛課題組聯(lián)合匹茲堡大學(xué)王國(guó)峰, 阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Deborah J. Myers, 印第安納大學(xué)與普渡大學(xué)印第安納波里斯聯(lián)合分校Jian Xie, 橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室David A. Cullen以及卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)Shawn Litster等人報(bào)道一種高度耐用和活性的 Fe-N-C 原子催化劑。通過(guò)氯化氨熱處理然后在催化劑表面高溫沉積氮摻雜碳薄層合成。 催化劑穩(wěn)定性來(lái)源于熱處理過(guò)程將富含缺陷的吡咯 N 配位 FeN4?位點(diǎn)轉(zhuǎn)化為高度穩(wěn)定的吡啶 N 配位 FeN4?位點(diǎn)。在膜電極組件中使用加速應(yīng)力測(cè)試和長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)測(cè)試(>300?h,0.67?V)證明增強(qiáng)的Fe-N-C穩(wěn)定性,接近貴金屬Pt/C 催化劑(0.1 mgPt?cm-2)。 DFT 計(jì)算揭示配位結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)對(duì) S1 和 S2 FeN4?位點(diǎn)的電子和催化性能的影響。首先基于吸附能和動(dòng)力學(xué) O-O 鍵解離過(guò)程,預(yù)測(cè)兩種 FeN4?位點(diǎn)對(duì) 4e- ORR 途徑的內(nèi)在催化活性。當(dāng)電極電位低于 0.73 V 的極限電位時(shí),S1 位點(diǎn)的 ORR 變?yōu)榉艧岱磻?yīng),高于 S2 位點(diǎn) (0.65 V) 的 ORR;進(jìn)一步計(jì)算表明,OOH 解離在兩個(gè)位點(diǎn)上都是動(dòng)力學(xué)可行的;計(jì)算的電子分布表明,在 S2 位點(diǎn)上沿垂直于催化劑表面的方向比在 S1 位點(diǎn)上更多的電荷耗盡;表明S2 位點(diǎn)的中心 Fe 具有更多未占據(jù)的 d 軌道,與 O2?的結(jié)合過(guò)強(qiáng),因此與 S1 位點(diǎn)相比,內(nèi)在活性相對(duì)較低。 DFT計(jì)算研究?jī)蓚€(gè) FeN4?位點(diǎn)對(duì)脫金屬反應(yīng)的穩(wěn)定性。提出 FeN4?位點(diǎn)的脫金屬過(guò)程包括三個(gè)連續(xù)的步驟。首先,F(xiàn)eN4?部分中的兩個(gè) N 原子被質(zhì)子化形成兩個(gè) N-H 鍵;然后中心 Fe 離子與吸附的 O2?一起從 N4?配位移到非活性 N2?配位;最后,F(xiàn)e-O2?從催化劑中解吸出來(lái)。與N4到N2的配位轉(zhuǎn)變和Fe-O2的解吸相比,具有最高活化能的氮質(zhì)子化步驟是脫金屬動(dòng)力學(xué)過(guò)程中的速率決定步驟。對(duì)于 S1 和 S2 位點(diǎn),氮質(zhì)子化步驟的活化能預(yù)計(jì)分別為 1.24 eV 和 2.08 eV,更高的活化能壘表明 S2 位點(diǎn)在動(dòng)力學(xué)上對(duì)脫金屬具有更好的內(nèi)在穩(wěn)定性。 Shengwen Liu, Chenzhao Li, Michael J. Zachman, Yachao Zeng.?et al. Atomically dispersed iron sites with a nitrogen–carbon coating as highly active and durable oxygen reduction catalysts for fuel cells. Nat Energy (2022). https://doi.org/10.1038/s41560-022-01062-1 原創(chuàng)文章,作者:v-suan,如若轉(zhuǎn)載,請(qǐng)注明來(lái)源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/09/88e7817962/ 電池 贊 (0) 0 生成海報(bào) 相關(guān)推薦 他,回國(guó)5年,狂攬4篇Science、Nature正刊! 2023年10月9日 曾問(wèn)鼎校史首篇Science,近日再發(fā)AM!由內(nèi)到外的傳質(zhì)增強(qiáng),助力電催化氧還原! 2023年10月8日 她,博士二年級(jí),手握Nat. Chem/JACS各1篇,新發(fā)Nat. Chem! 2024年11月21日 Nano Energy: VOx摻雜CoP催化劑協(xié)同雙活性構(gòu)型,全面促進(jìn)HER動(dòng)力學(xué)! 2024年4月16日 Joule:固態(tài)電池合金負(fù)極循環(huán)過(guò)程中的應(yīng)力演變 2023年11月3日 湖南大學(xué)朱智強(qiáng)教授課題組誠(chéng)聘電化學(xué)方向博士后(新型電池材料、儲(chǔ)能器件方向) 2023年10月7日