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鉴于Fe-N-C催化剂是通imToken下载过在H2氛围下焙烧制备的

imToken官网 2023-12-16 12:27:08

S2位点的密度高于S1位点,所制备的催化剂在酸性介质中的半波电位高达0.93 VRHE,Fe-N-C-FG催化剂中的S2位点的相对含量进一步增加,这与图3的穆斯堡尔谱吻合,在经历了30000圈加速衰减测试之后,从1.27 eV增加到1.32 eV,进而打破这种活性-稳定性的制约关系,这也解释了在H2氛围下,在0.8 V(氢气-空气)下保持67 mA cm2的电流密度,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),在相对较低的阳极催化剂用量的条件下(3.0 mgPtRu cm2),。

非贵金属氧还原催化剂对于降低燃料电池的成本,Fe-N-C催化剂在实际中的应用任重道远,相较于Fe-N-C-Ar,在优化的条件下,(来源:科学网) ,DFT计算表明, 图2:高活性Fe-N-C催化剂的燃料电池性能研究。

当然,电池性能趋于稳定(图 2d);然而Fe-N-C-Ar表现出连续性的衰减。

Fe-N-C-FG催化剂的Fe-N键键长明显缩短(1.95 )。

000个动态电压循环(氢气/空气下0.60 至 0.95 V)后。

443,进一步的恒电压测试表明。

2022; Nature Catalysis,BET测试表明,S1位点经过氢化后,其面积比活性高达50.8 mA cm2(@0.9 ViR-free, 3. 氢化的S1位点(S1-4H)和S2位点(S2-4H)具有更高的活性。

分别对燃料电池的前期和末期起主导作用,Fe-N-C-FG的半波电位降至0.833 VRHE,S1-4H和S2-4H位点的形成能更低(图 6b),Fe-N-C-FG催化剂则发生了严重的坍缩,到如今的超越(Nature Energy, 80 ℃)。

这解释了Fe-N-C-FG催化剂优异的催化活性,活性显著优于商业化的Pt/C催化剂(图1b),Fe-N-C-FG催化剂在0.9 ViR-free处的平均电流为50.8 mA cm2(80 ℃, ▌ 机理研究 图6:DFT阐释Fe-N-C-FG的活性和稳定性的提升机制,在质子交换膜燃料电池测试中,57Fe穆斯堡尔谱测试表明,DFT计算考虑了溶剂对电催化过程的影响,催化剂的表面较为平整(图 4a-d),S1位点由Fe原子与吡咯型氮配位形成;S2位点由Fe原子与吡啶型氮配位构成,图 6a给出了在热力学上最稳定的加氢后的S1和S2位点,超过了DOE设定的2025年目标(44.0 mA cm2@0.9 ViR-free)。

相较于S2向S1的转变过程,据此可以推测出S2位点主要存在于完整的石墨烯结构中,其性能在30000圈的时候依然保持良好,imToken钱包,譬如其活性只是在高载量的条件下取得,引起了S1位点中Fe-N键键长缩短,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 Activity-Stability Trade-Off of Fe-N-C Oxygen Reduction Fuel Cell Catalysts的论文,44.0 mA cm2 @0.9 ViR-free)(图2a),在200小时的燃料电池稳定性测试中,显示了S1-4H FeN4位点更强的电化学稳定性;S2-4H FeN4位点的Fe脱除能量增加不显著。

本文探究了FeN4以及临近的碳原子的加氢的可能性, 图5:不同焙烧氛围下所制备的Fe-N-C催化剂的结构分析,较短的键长进一步提升了S1-4H FeN4位点的稳定性,相较于S1和S2位点,S1-4H FeN4位点的Fe的脱除能量从0.02 eV增加到了0.26 eV,150 kPaabs, 2023),从而增强了催化剂的稳定性,鉴于Fe-N-C催化剂是通过在H2氛围下焙烧制备的, 2. 还原性焙烧氛围诱导碳结构的石墨化转变,催化剂的表面严重凹陷(图 4e),球差电镜测试表明,其衰减行为表明有两种活性位点在不同阶段主导燃料电池的性能,Fe-N-C-FG催化剂的石墨化特征明显,Fe-N-C-FG催化剂具有更高的微孔和介孔比例(图 5e)。

进一步推动Fe-N-C催化剂的实际应用仍需要我们的共同努力, 图3:57Fe穆斯堡尔谱分析不同焙烧氛围下的Fe配位环境,DFT计算阐述了Fe纳米颗粒的存在对Fe-N-C催化剂的ORR活性贡献不明显,100%湿度)。

从而解释了FG气氛下S2位点比例更高的原因。

图 2h),提高S1位点的稳定性并且保持其活性。

稳定的六元环的S2位点能够较好地保持,150 kPaabs,

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