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開發高效、穩定且低成本的氧還原反應(ORR)催化劑對于加速質子交換膜燃料電池(PEMFC)和金屬空氣電池的廣泛應用至關重要。

近日，廣東工業大學Quanbing Liu，Dai Dang，華南理工大學Zhiming Cui，中科院大連化物所Wenjun Fan報道了將薄碳殼修飾的Fe₃C納米粒子（NPs）原位封裝到多孔的S摻雜的Fe-NC二維碳納米片上。

文章要點

1）混合Fe-S-NC/Fe₃C催化劑的膜電極組件（MEA）在H₂-O₂和H₂-空氣 PEMFC中可分別實現0.836 W cm^-2和0.535 W cm^-2的高功率密度。此外，該催化劑在H₂-O₂PEMFC陰極應用時表現出優異的耐久性，在68小時壽命測試后恢復原始性能的75%。

2）實驗結果和密度泛函理論計算表明，電化學活性和耐久性的提高可以歸因于多孔S摻雜的Fe-NC和Fe₃CNPs混合結構之間的協同催化作用，它們對ORR的速率控制步驟具有更低的能壘。

這項工作為通過單原子位點和納米粒子之間的協同催化來提高PEMFC性能提供了途徑。

參考文獻

Chao Liu, et al, Integrating sulfur-doped atomic-dispersed FeNx sites with small-sized Fe3C nanoparticles for PEMFCs and Beyond, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE00493K

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee00493k