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二元位 Fe/Co-N-C 催化剂在酸中促进氧还原反应的实验和 DFT 研究
Journal of Electroanalytical Chemistry ( IF 4.1 ) Pub Date : 2022-04-18 , DOI: 10.1016/j.jelechem.2022.116322
Yu Han 1 , Shuhu Yin 1 , Youhu Chen 1 , Chi Chen 2 , Wei Yan 1 , Xiaoyang Cheng 1 , Yanrong Li 1 , Tianen Zhang 1 , Jian Yang 1 , Yanxia Jiang 1 , Shigang Sun 1
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更新日期:2022-04-22
Journal of Electroanalytical Chemistry ( IF 4.1 ) Pub Date : 2022-04-18 , DOI: 10.1016/j.jelechem.2022.116322
Yu Han 1 , Shuhu Yin 1 , Youhu Chen 1 , Chi Chen 2 , Wei Yan 1 , Xiaoyang Cheng 1 , Yanrong Li 1 , Tianen Zhang 1 , Jian Yang 1 , Yanxia Jiang 1 , Shigang Sun 1
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用于氧还原反应(ORR)的阴极电催化剂的成本和效率问题阻碍了燃料电池的广泛应用。因此,有必要开发高效且可持续的无铂族金属(PGM-free)的ORR电催化剂。原子分散的 FeCoNC-10 电催化剂是通过将 Fe 酞菁 (FePc) 分子结合到双金属金属有机框架 (BMOF) 中,然后进行一步热解来构建的。与 FeNC 和 CoNC 催化剂相比,它在酸性介质中表现出显着的 ORR 活性。Fe-Co 双金属位点在 FeCo-N-C 中得到证实,同时还有大量孤立的 FeN 4和CoN 4位点。理论研究表明双金属位点可以增强O 2吸附和延长 O-O 键长度而不是 FeN 4和CoN 4。这可能导致 O-O 键容易断裂,从而导致直接的 4e - ORR 过程。由于与 Co 物种相关的非常弱的 Fenton 型反应,FeCoNC-10 催化剂显示出增强的 ORR 稳定性。由 FeCoNC-10 组成的膜电极组件 (MEA) 应用于阴极。它在直接甲醇燃料电池 (DMFC) 中显示出 100 mW cm -2的峰值功率密度,具有优异的甲醇耐受性。这项工作揭示了原子分散的 Fe/Co 双掺杂碳在提高 ORR 活性和稳定性方面的机制,这使得具有成本效益的 ORR 电催化剂设计能够实现稳健的燃料电池性能。

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