刘栋/戴黎明合作Appl. Catal. B Environ.:单原子Fe位点密度工程,实现...
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发布时间：2024-10-18 01:29
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时间：2024-11-02 00:28
通讯作者：刘栋副教授、戴黎明教授
通讯单位：北京化工大学、新南威尔士大学
DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120860
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是高能量转化效率及零排放的先进技术，在可再生能源汽车领域潜力巨大。然而，贵金属Pt是PEMFC阴极氧还原反应(ORR)催化剂的常用材料，其高成本和稀缺性限制了规模化应用。因此，设计高效非贵金属单原子ORR催化剂成为关键挑战。
作者采用聚多巴胺(PDA)-金属络合物辅助热解策略，合成了一种新型催化剂Z8@DA-FIP-950-C。该催化剂基于沸石-咪唑盐骨架衍生的多级多孔碳载体，实现了高度暴露的致密FeN4位点。实验结果显示，Z8@DA-FIP-950-C在0.1 M HClO4溶液中展现出显著增强的ORR催化活性，半波电位高达0.828 V，接近商业20 wt% Pt/C催化剂。在H2/O2和H2/空气PEMFCs中，该催化剂分别表现出982和454 mW cm-2的峰值功率密度，优于大多数非贵金属催化剂。
研究进一步揭示了活性中心与ORR性能之间的定量关系，证明了FeN4位点密度对PEMFC性能的主导作用。在无需酸处理的情况下，作者成功制备出一种3D多级多孔碳，最大化暴露高密度FeN4位点。此工作为设计新型高效单原子催化剂提供了有效途径，对可再生能源应用具有重要指导意义。
该研究成果发表在《应用催化B：环境》杂志，为推动PEMFC技术的非贵金属化和商业化进程提供了有力支持。
