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?清華王訓(xùn)AM：簡(jiǎn)單預(yù)熱-熱解策略，助力Fe-N/炭黑中實(shí)現(xiàn)出色的ORR活性

聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEFCs)是氫能系統(tǒng)中可再生能源制備的重要組成部分，而氧還原反應(yīng)(ORR)是PEFCs中的一個(gè)重要過(guò)程，并且PEFC中的電流密度輸出主要受到在陰極處發(fā)生的氧還原反應(yīng)的緩慢電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)的限制。目前，用于燃料電池的催化劑主要是貴金屬催化劑，其成本高和長(zhǎng)期耐久性不足阻礙了燃料電池的廣泛應(yīng)用。

基于此，清華大學(xué)王訓(xùn)課題組開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單的方法，制備出具有高ORR活性和優(yōu)異穩(wěn)定性的Fe-N/C催化劑。具體而言，研究人員通過(guò)蒸發(fā)溶劑法將Fe²⁺和1，10-菲咯啉與導(dǎo)電炭黑(VXC72)均勻混合，然后將其進(jìn)行熱解。在熱解過(guò)程中，1，10-菲咯啉、Fe²⁺和炭黑的相互作用導(dǎo)致在炭黑的多孔結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了大量的Fe-N_x位點(diǎn)，并且可以通過(guò)控制制備條件來(lái)調(diào)控Fe-N_x位點(diǎn)的配位環(huán)境。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱解產(chǎn)物(Cal-Fephen)的ORR催化活性明顯強(qiáng)于炭黑。此外，該方法制備的Fe-N/C方法簡(jiǎn)單、合成成本低，具有極高的ORR催化活性：極限擴(kuò)散電流密度(j_L)達(dá)到5.9 mA cm^-2和半波電位(E_1/2)為0.93V vs RHE，這是迄今為止所報(bào)道的最好的數(shù)值之一。采用在0.6 V-1.1 V之間掃描速度為100 mV s^-1的加速耐久性試驗(yàn)(ADT)來(lái)評(píng)估優(yōu)化的Cal-Fephen₄-150的穩(wěn)定性，20000個(gè)ADT周期后該催化劑的LSV曲線與初始曲線相比沒(méi)有明顯變化，表明其具有良好的穩(wěn)定性。

此外，研究人員還利用其他氮源進(jìn)行了熱解試驗(yàn)，結(jié)果表明，配體的結(jié)構(gòu)和配位能力對(duì)熱解產(chǎn)物的催化活性有重要影響。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，該項(xiàng)工作中催化劑的制備方法非常簡(jiǎn)單、原料很廉價(jià)以及在合成過(guò)程中制備的溶液可以重復(fù)利用，這些特點(diǎn)保證了催化劑較低成本，顯示出其廣闊的應(yīng)用潛力。

A Simple Preheating-pyrolysis Strategy Leading to Superior ORR Activity in Fe-N/Carbon Black. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202205372

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/11/01/8729075dda/

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