在質(zhì)子交換膜燃料電池中部署具有嵌入金屬-氮-碳（M-N-C）部分的多孔碳作為無鉑族金屬（PGM）電催化劑的一個巨大挑戰(zhàn)是它們的快速降解和較差的活性。有鑒于此，田納西大學(xué)Yingwen Cheng、美國西北太平洋國家實驗室邵玉燕、布魯克海文國家實驗室Qin Wu等報道通過原子Sn-Nx位點來調(diào)節(jié)Fe-N4位點的局部環(huán)境，實現(xiàn)了同時提高耐久性和活性。
研究發(fā)現(xiàn)，Sn-Nx位點不僅促進(jìn)形成更穩(wěn)定的D2-FeN4C10位點，而且活化產(chǎn)生獨特的D3-SnNx-FeIIN4位點，D3位點的特征是原子分散的橋接Sn-Nx和Fe-N4。D3位點的穩(wěn)定性顯著改善，因為反應(yīng)途徑從單位點締合機制轉(zhuǎn)變?yōu)殡p位點解離機制，相鄰的Sn位點促進(jìn)了O-O鍵在較低的過電位斷裂，因此D3位點能夠顯著改善脫金屬的穩(wěn)定性，氧還原反應(yīng)（ORR）的TOF提高了數(shù)倍。
（2）
這種機制能夠避免脫金屬不可避免的中間體（兩個羥基中間體與一個鐵位點結(jié)合）介孔Fe/Sn PNC催化劑的ORR半波電位朝正向偏移，產(chǎn)生的過氧化物降低了50%以上。
通過穩(wěn)定的D3位點和豐富的D2 Fe位點之間的結(jié)合，顯著提高了催化劑的耐久性。
參考文獻(xiàn)
Fan Xia, Bomin Li, Bowen An, Michael J. Zachman, Xiaohong Xie, Yiqi Liu, Shicheng Xu, Sulay Saha, Qin Wu*, Siyuan Gao, Iddrisu B. Abdul Razak, Dennis E. Brown, Vijay Ramani, Rongyue Wang, Tobin J. Marks, Yuyan Shao*, and Yingwen Cheng*, Cooperative Atomically Dispersed Fe–N4 and Sn–Nx Moieties for Durable and More Active Oxygen Electroreduction in Fuel Cells, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c11121
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c11121
