鐵氮碳(Fe–N–C)催化劑是質子交換膜燃料電池(PEMFCs)中最有希望替代鉑催化劑的材料,然而在裝置中,其高性能無法維持足夠長的時間。構建一種不同于Fe–N–C催化劑中平面正方形 Fe–N4構型的新型鐵配位環境,有望突破目前的穩定性限制,但是穩定性的增強仍需要人們不斷的探索。
有鑒于此,天津大學凌濤教授等報道將Fe–N–C轉化為一種新型FeNxSey催化劑,其中鐵位點由N和Se原子的三維3D共配位。
本文要點:
(1)
FeNxSey催化劑比Fe–N–C催化劑展現出更好的四電子氧還原反應(4e? ORR)活性和選擇性。具體的,FeNxSey上H2O2和羥基自由基?OH的產量分別僅為Fe–N–C上的1/4和1/3。FeNxSey催化劑表現出優異的穩定性,經過10000圈循環后,其半波電位(E1/2)僅下降10 mV,遠小于Fe–N–C催化劑的56 mV,是迄今報道的最穩定的無鉑催化劑。此外,這種三維共配位結構抑制了在H2O2存在下鐵的脫金屬。
(2)
基于FeNxSey的質子交換膜燃料電池表現出優異的耐久性,在加速老化測試后,其電流密度的衰減明顯低于Fe–N–C催化劑的器件性能。
參考文獻
Yang Zhao, Pengfei Yin, Yuanyuan Yang, Ruguang Wang, Cairong Gong, Jisi Li, Jiaxin Guo, Quanlu Wang, Tao Ling, Converting Fe–N–C single-atom catalyst to a new FeNxSey cluster catalyst for proton-exchange membrane fuel cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202419501
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202419501