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JACS：石墨烯网负载高暴露Fe−N4位点高效酸性ORR

时间：2022-05-24 来源：浏览：

JACS：石墨烯网负载高暴露Fe−N4位点高效酸性ORR

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质子交换膜燃料电池（ PEMFCs ）被认为是最有前途的清洁和可持续能源转换技术之一，有望解决人们对化石能源的依赖，并为绿色能源的发展创造动力。传统上，铂族金属 (PGM) 催化剂被用来促进氧还原反应（ ORR ）的缓慢反应动力学，这对于 PEMFC 而言至关重要。然而，占 PEMFCs 系统总成本一半以上的 PGM 的稀缺性和高成本严重制约了其大规模应用。迄今为止，在所开发的无 PGM 催化剂中， Fe 和 N 配位的碳载体（ Fe-N-C ）催化剂在酸性介质中表现出良好的 ORR 电催化活性。

近日， 华东师范大学 Wei Xia ， Jing Tang ，南京航空航天大学 Jianping He ，早稻田大学 Yusuke Yamauchi 利用氮掺杂石墨烯纳米网（ NGM ）作为理想的基质，用于固定、稳定和分散具有明确 Fe-N 配位结构的铁酞菁（ FePc ）分子。

本文要点

要点 1. 研究人员用 KCl 和 LiCl 分别作为剥离剂和腐蚀剂，将含锌纳米叶（ ZZIF-L ）剥离成超薄的 2D NGM 。由此得到的 NGM 非常薄，并且呈现出大的层次化多孔结构。重要的是，通过调节 LiCl 和 KCl 的比例，可以很容易地调节得到的 NGM 中的孔径分布。

要点2 . FePc 分子被选为形成 Fe-N _x 活性中心的理想前体。采用高温热解法制备了金属负载量高达 8.36 wt% 的铁单原子催化剂（ SA-Fe-NGM ）。

要点3 . 研究人员考察了 SA-Fe-NGM 催化剂的 ORR 性能，测定了半波电位 (E _1/2 ) ，并与工业催化剂进行了比较。此外，还进行了 H ₂ /O ₂ 膜电极组件 (MEA) 测试，以验证 SA-Fe-NGM 催化剂的性能，并评价其在电化学转化装置中的应用潜力。

Jingjing Li, et al, Metal-Organic Framework-Derived Graphene Mesh: a Robust Scaffold for Highly Exposed Fe-N ₄ Active Sites toward an Excellent Oxygen Reduction Catalyst in Acid Media, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00719

https://doi.org/10.1021/jacs.2c00719

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