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邢巍/葛君杰/姜政Angew.:首次報道!Ir單原子位點和納米顆粒之間的協(xié)同催化實現(xiàn)耐CO的PEMFC陽極

邢巍/葛君杰/姜政Angew.:首次報道!Ir單原子位點和納米顆粒之間的協(xié)同催化實現(xiàn)耐CO的PEMFC陽極
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)因其對痕量一氧化碳(CO)雜質(zhì)的極端敏感性而受到限制,因此對氫氣純度提出了嚴(yán)格要求,并且排除了直接使用廉價粗氫氣作為燃料的可能性。
基于此,中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所邢巍研究員和葛君杰研究員、中科院上海高等研究院姜政研究員(共同通訊作者)等人首次報道了一種通過單原子和納米顆粒之間的協(xié)同催化來解決陽極CO中毒問題的策略。
邢巍/葛君杰/姜政Angew.:首次報道!Ir單原子位點和納米顆粒之間的協(xié)同催化實現(xiàn)耐CO的PEMFC陽極
作者構(gòu)建了一種由原子分散的Ir-N單位點和Ir納米顆粒(IrNP@IrSA-N-C),表現(xiàn)出優(yōu)異的氫氧化反應(yīng)(HOR)和CO電氧化反應(yīng)(COOR)性能,以及優(yōu)異的H2和CO混合氣體中的CO耐受特性。
作者假設(shè)這種CO耐受特性可歸因于Ir單原子位點和Ir納米顆粒之間的相互作用,其中Ir單原子不僅能夠有效地快速將CO轉(zhuǎn)化為CO2,而且還能夠通過提供反應(yīng)性O(shè)H*物種有效地清除接近Ir納米顆粒的CO。因此,Ir納米顆粒上的HOR活性位點可以在共存的情況下釋放,從而賦予催化劑優(yōu)良的抗毒性特性。
邢巍/葛君杰/姜政Angew.:首次報道!Ir單原子位點和納米顆粒之間的協(xié)同催化實現(xiàn)耐CO的PEMFC陽極
此外,Ir納米顆粒和Ir單原子位點之間的協(xié)同互作用使得IrNP@IrSA-N-C在質(zhì)子交換膜燃料電池中具有優(yōu)異的HOR活性(1.19 W cm-2)和COOR活性(85 mW cm-2),同時該催化劑對H2/CO混合氣體中CO的耐受性比目前最好的PtRu/C催化劑高了兩倍。
該工作不僅為解決陽極致命的CO中毒問題提供了一條途徑,而且還建立了一種新型的相互作用催化體系,其中單原子位點與納米顆粒之間的協(xié)同作用顯示出高度的重要性。
邢巍/葛君杰/姜政Angew.:首次報道!Ir單原子位點和納米顆粒之間的協(xié)同催化實現(xiàn)耐CO的PEMFC陽極
CO-Tolerant PEMFC Anodes Enabled by Synergistic Catalysis between Iridium Single-Atom Sites and Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202110900.
https://doi.org/10.1002/anie.202110900.

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