水江澜：高密度活性位点和高效传质的Fe-N-C电催化剂应用于高性能质子交换膜燃料电池

adgai

在质子交换膜燃料电池领域，铂对氢氧化具有很高的催化活性，是常用的电催化剂材料。近年来，质子交换膜燃料电池研究的一个主要领域是降低铂含量，且不会降低电池性能，进而提高电池装置的整体效益。为达到美国能源部（the U.S. Department of Energy）设定的关于2018年PGM-free （无铂基金属）的目标，克服低密度活性位点是一个主要的问题。
今日，北京航空航天大学水江澜教授和华中科技大学徐鸣教授 （共同通讯）联合在Nature Catalysis上发表了一篇题为‘Fe–N–C electrocatalyst with dense active sites and efficient mass transport for high-performance proton exchange membrane fuel cells’的研究成果。北航博士生万鑫和刘晓芳副教授为论文的共同第一作者。本文报道了一种具有增强的外表面积和介孔率的Fe-N-C单原子催化剂，该工作首次达到了美国能源部设定的非铂催化剂2018年目标。

1.    制备了具有高密度的活性位点的Fe-N-C单原子催化剂，通过暴露不易接近的 Fe-N4 基团和加强质量传输的方式获得了较高的性能 （0.047 A/cm2 at 0.88 V under 1.0 bar H2-O2）。
2.    建立了材料结构-性能关系，为高效的PGM-free催化剂的实际应用提供了一个高价值的设计思路。
本工作制备了具有大外表面积和高活性 Fe-N4 位点的凹面Fe-N-C单原子催化剂，该催化剂相对于传统催化剂具有显著提升的活性位点利用率，获得较高的氢燃料电池性能（0.88 ViR-free下的电流密度可达47 mA cm−2），首次达到了美国能源部设定的2018年非铂催化剂活性目标。同时，该研究阐明了非铂催化剂的性能强化机制，设计了有效催化剂构型，对高性能非铂（PGM-free）催化剂的发展具有重要的指导意义。


【文献信息】
Fe–N–C electrocatalyst with dense active sites and efficient mass transport for high-performance proton exchange membrane fuel cells. Nature Catalysis, 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41929-019-0237-3


原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0237-3?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+natcatal%2Frss%2Fcurrent+%28Nature+Catalysis%29