2023年12月5日，Nat. Catal.在线发表了纽约州立大学布法罗分校Gang Wu、美国阿贡国家实验室Deborah J. Myers、印第安纳大学-普渡大学Jian Xie和匹兹堡大学Guofeng Wang
课题组的研究论文，题目为《
Tuning the thermal activation atmosphere breaks the activity–stability trade-off of Fe–N–C oxygen reduction fuel cell catalysts
》。
非
铂族金属（PGM）
催化剂的开发
显著有
利于降低用于可持
续大规模应用的氢质子交换膜燃料电池
（
PEM
FCs
）
的成本
。Fe-N-C
催化剂是最有前途的非铂族金属氧还原催化剂，但它们存在活性金属位点密度低和所谓的活性-稳定性权衡的问题。
在此研究中，作者报道了一种
Fe-N-C
催化剂，该催化剂是通过
在热活化过程中向常规惰性气氛中
加入
最佳
量的H
2
来
制备的。
H
2
的存在显著增加了FeN
4
位点的总密度，抑制了不稳定的吡咯N配位S1位点，并有利于缩短Fe-N键长的稳定吡啶N配位S2位点
。研究提出本征稳定的S2位点可能
分布
在石墨化良好的碳层中，而S1位点存在于石墨化程度较低的
碳层
中。
在热解过程中，
H
2
可以去除不稳定的S1位点并保留稳定的S2位点，
从而
打破具有挑战性的活性-稳定性权衡
。膜电极组件中的Fe-N-C催化剂在0.8 V
（
H
2
-空气）
下经过30000次电压循环（在
H
2
-空气
下为0.60至0.95 V）后保持
6
7 mA cm
−2
的电流
密度，同时实现了令人鼓舞的耐用性和性能。
图6 DFT计算阐明活性和稳定性改进
Zeng, Y., Li, C., Li, B. et al. Tuning the thermal activation atmosphere breaks the activity–stability trade-off of Fe–N–C oxygen reduction fuel cell catalysts.
Nat. Catal.
,
2023
. https://doi.org/10.1038/s41929-023-01062-8
【其他相关文献】
[1] Zitolo, A., Goellner, V., Armel, V. et al. Identification of catalytic sites for oxygen reduction in iron- and nitrogen-doped graphene materials.
Nat. Mater.
,
2015
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Liu, S., Li, C., Zachman, M.J. et al. Atomically dispersed iron sites with a nitrogen–carbon coating as highly active and durable oxygen reduction catalysts for fuel cells.
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