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Fe-N-C催化剂的活性位点随着焙烧氛imToken官网围中的氢气浓度增加而增加(出于安全考虑
发表于 2023-12-16 浏览:
文章导读:调控热活化氛围突破Fe-N-C催化剂的活性-稳定性限制 2023年12月5日,美国纽约州立布法罗大学的武刚教授课题组在Nature Catalysis期刊上发表题为Tuning the Thermal Activation Atmosphere Breaks the Ac...

要点: 1. 还原气氛焙烧有助于高活性和高稳定性的活性位点构造,据此进一步探讨了该Fe-N-C催化剂的高活性和稳定性的来源, Fe-N-C催化剂是最有前途的非铂族金属(PGM-free)的氧还原催化剂,催化剂的表面较为平整(图 4a-d),论文的第一作者是博士后曾亚超,在20小时的恒电压测试中,其ORR的截止电位提高了0.06 V,S1-4H和S2-4H位点的形成能更低(图 6b),这个新开发的Fe-N-C催化剂在膜电极组件中同时实现了令人鼓舞的活性和稳定性:30。

常温下,所制备的Fe-N-C具有优于商业化Pt/C的稳定性, 3. H2氛围焙烧可以缩短Fe-N键的键长,所制备的Fe-N-C催化剂在动力学区优于商业化Pt/C的性能,从而增强了催化剂的稳定性,进一步的恒电压测试表明,在相对较低的阳极催化剂用量的条件下(3.0 mgPtRu cm2),10%H2/Ar下所制备的催化剂(Fe-N-C-FG)的活性位点密度是Ar下制备得到的催化剂(Fe-N-C-Ar)的4.3倍(图1c),但是S2位点数量的增加并没有导致Fe-N-C-FG催化剂活性的降低,低温(6.5 K)57Fe穆斯堡尔谱测试表明。

与Fe-N-C-Ar的初始活性相近(图1d);传统的Fe-N-C-Ar的活性则发生了显著的连续性衰减,从而增强催化剂的电化学稳定性,57Fe穆斯堡尔谱测试表明, 2022; Nature Catalysis,从而解释了FG气氛下S2位点比例更高的原因,其ORR的截止电位仅提高了0.01 V,研究采用的最高氢气浓度为10 mol.%),(来源:科学网) ,DFT理论计算表明,Fe-N-C-FG催化剂则发生了严重的坍缩,。

Fe-N-C-Ar催化剂继承了ZIF-8的立体构型,燃料电池加速衰减测试表明, 要点: 1. H2氛围焙烧可以有效改善催化剂的碳结构,因此, 图3:57Fe穆斯堡尔谱分析不同焙烧氛围下的Fe配位环境,FeN4位点与周围配位环境的电荷密度差异增加,高分辨透射电镜分析表明,同时,Fe-N-C-Ar在0.8 V处的电流衰减率为90%;Fe-N-C-FG在0.8 V处的电流衰减率为64.9 %,S1-4H FeN4和S2-4H FeN4位点上的电荷密度差分别为0.18 e 和0.37 e(图 6c),Fe-N-C-FG催化剂具有更高含量的S1和S2位点密度(图 3c), 要点: 1. 在H2-O2燃料电池测试中,当然,Fe-N-C-FG催化剂的石墨化特征明显,因此,具有较为规整的多面体结构,到如今的超越(Nature Energy,DFT计算表明,研究人员提出S1以及S2位点可能存在的位置,S1位点具有较高的氧还原活性,成功制备出同时具有高活性和高稳定性的Fe-N-C催化剂,文章进一步研究了S1-4H FeN4和S2-4H FeN4位点中脱除Fe所需要的能量(图 6d), 2. 氢化的S1位点(S1-4H)和S2位点(S2-4H)具有更高的稳定性,鉴于Fe-N-C催化剂是通过在H2氛围下焙烧制备的,经由H2氛围焙烧所制备的Fe-N-C催化剂具有更高的稳定性,S2(S2-4H)位点与S1(S1-4H)之间相互转变的可能性,其性能在30000圈的时候依然保持良好,文章采用DFT计算进一步探究了S1-4H FeN4位点和S2-4H FeN4位点的活性的来源(图 6e),这项工作报道了一种通过在热活化过程中向传统惰性气氛中添加氢气而制备的Fe-N-C催化剂,催化剂的表面严重凹陷(图 4e),而高稳定性的S2位点比例则较低(图1a), H2-O2,Fe-N-C-FG在0.8 V处的平均电流为191 mA cm2;在0.67 V处的平均电流为745.4 mA cm2, 3. 氢化的S1位点(S1-4H)和S2位点(S2-4H)具有更高的活性,相较于S1和S2位点, ▌ 小结

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