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廈大孫世剛院士團(tuán)隊(duì)ACS Nano新成果！

來源：時(shí)間：2024-01-02 15:39:43 瀏覽：1742次

第一作者：Shuhu Yin

通訊作者：孫世剛院士、姜艷霞教授、張斌偉副教授

通訊單位：廈門大學(xué)、重慶大學(xué)

DOI: 10.1021/acsnano.3c08570.

研究背景

在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）中，非貴金屬電催化劑的成本過高，且非貴金屬電催化劑的耐久性較差，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。基于此，廈門大學(xué)孫世剛院士和姜艷霞教授、重慶大學(xué)張斌偉副教授等人通過氣相沉積策略成功地制備了電子結(jié)合PtFe合金（PtFe-FeNC）的FeN₄活性位點(diǎn)，作為極低Pt負(fù)載（0.64 wt %）雜化電催化劑。PtFe合金與FeNC基體之間的強(qiáng)相互作用導(dǎo)致MA增加了12.9倍，并增強(qiáng)了穩(wěn)定性。經(jīng)過70000次循環(huán)后，PtFe-FeNC催化劑保持其性能，沒有明顯的降解。

文章要點(diǎn)

1、作者通過氣相沉積策略成功合成了一種具有極低Pt負(fù)載（0.64 wt %）的PtFe-FeNC雜化催化劑，其中PtFe合金與FeN₄位點(diǎn)進(jìn)行電子耦合。PtFe合金與FeNC基體之間的強(qiáng)相互作用導(dǎo)致MA增加了12.9倍，并增強(qiáng)了穩(wěn)定性。經(jīng)過70000次循環(huán)后，PtFe-FeNC催化劑保持其性能，沒有明顯的降解。超低負(fù)載Pt的摻雜使PtFe-FeNC催化劑在AST測試中比FeNC的壽命更大；在H₂-空氣PEMFC中進(jìn)行30000次電壓循環(huán)后，P_max從51.7%下降到12.5%。

2、由于Pt納米顆粒在ORR過程中顯著抑制了FeN₄位點(diǎn)的損失率，從1.5‰循環(huán)到0.1‰循環(huán)，PtFe-FeNC的耐久性顯著提高。同時(shí)Pt納米顆粒抑制FeN₄浸出的機(jī)制可能是減少氧自由基和過氧化氫的形成，從而減少FeN₄和碳載體的降解。本工作強(qiáng)調(diào)了PtFe合金和FeN₄位點(diǎn)之間的電子耦合的重要性，這為提高燃料電池中鐵/N/C催化劑的耐久性提供了另一種有效的方法。

圖文展示

圖1. PtFe-FeNC催化劑的結(jié)構(gòu)表征

圖2. PtFe-FeNC催化劑在RDE中的催化活性和穩(wěn)定性

圖3.PtFe-FeNC催化劑組成的表征

圖4.ATSs處理后PtFe-FeNC的結(jié)構(gòu)表征

圖5. PEMFC活性和耐久性

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