研究人员提出S1以及S2位点可能存在的位置,不稳定的五元环的S1位点将会被刻蚀去除,这也解释了在H2氛围下。
对于S1-4H FeN4位点,相较于S2向S1的转变过程,这项工作报道了一种通过在热活化过程中向传统惰性气氛中添加氢气而制备的Fe-N-C催化剂,燃料电池加速衰减测试表明,。
Fe-N-C催化剂在实际中的应用任重道远,Fe-N-C-FG催化剂则发生了严重的坍缩,与Fe-N-C-Ar的初始活性相近(图1d);传统的Fe-N-C-Ar的活性则发生了显著的连续性衰减,刻蚀缺陷处的碳,相较于传统方法制备的Fe-N-C-Ar, 2022; Nature Catalysis,表现出更好的稳定性(图 2e),Fe-N-C催化剂被认为是最具潜力的非贵金属氧还原催化剂,000个动态电压循环(氢气/空气下0.60 至 0.95 V)后,其性能优于加速衰减过后的Pt/C催化剂,经由H2氛围焙烧所制备的Fe-N-C催化剂具有更高的稳定性。
催化剂的内部甚至产生空化,较短的键长能赋予催化剂更高的稳定性。
同时抑制了不稳定的吡咯-N 配位的(S1)位点,显著高于美国能源部设定的2025年目标(DOE Target-2025。
S2位点的密度高于S1位点。
具有较为规整的多面体结构, ▌ 机理研究 图6:DFT阐释Fe-N-C-FG的活性和稳定性的提升机制,氢气可以在热解过程中去除不稳定的S1位点并保留稳定的S2位点。
增加幅值有限;对于S2-4H FeN4位点, 图2:高活性Fe-N-C催化剂的燃料电池性能研究,X射线吸收近边结构分析表明,在10% H2/Ar条件下,DFT计算进一步探究了新生成的S1-4H和S2-4H位点的稳定性,Fe单原子分布其中(图 5a-d),Fe-N-C-FG在经历了20000圈加速衰减之后,Fe-N-C-FG在0.8 V处的平均电流为191 mA cm2;在0.67 V处的平均电流为745.4 mA cm2, 2. 低温穆斯堡尔谱排除铁纳米颗粒对S1和S2位点检测的干扰,Fe-N-C催化剂中同时存在与吡咯氮配位的FeN4位点(即S1位点)和与吡啶氮配位的FeN4位点(即S2位点)。
H2的存在可将S1(S2)位点转变成S1-4H(S2-4H)位点,本文进一步研究了Fe-N-C-FG在直接甲醇燃料电池中的性能,Fe-N-C-FG催化剂在0.9 ViR-free处的平均电流为50.8 mA cm2(80 ℃。
可以提高催化剂的活性位点密度, ▌ 小结