清华大学:利用三聚氰胺海绵合成新型催化剂用于燃料电池
发布人:fengtai 时间:2022-03-28 15:03:14
清华大学:利用三聚氰胺海绵合成新型催化剂用于燃料电池
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三聚氰胺-海绵基的非贵重燃料电池电催化剂
(左上)Fe / MS催化剂的SEM图像,具有大量大孔/中孔的3D微纤维网络。 (右上)碳载体上单
个Fe原子(用橙色圆圈突出显示)的HAADF-STEM图像。(左下)电流密度与Fe / MS催化剂和常
规Pt / C催化剂的电压。 (右下图)ORR电催化的示意图
生物体反应例如呼吸,能量转换系统例如燃料电池,在它们的内部会发生氧化还原反应(ORR),
吸收氧气并产生水或过氧化氢。但该反应需要催化剂,在燃料电池中催化剂通常是昂贵的贵金属铂
(Pt)。ORR的替代催化剂可以使燃料电池在经济上更具可行性和持续性。
现在,中国清华大学的研究人员认为,他们已经提出了一种有前途的非贵金属电催化剂,来自于
三聚氰胺海绵的形式为掺杂金属-氮的碳催化剂。
Lin Gan 表示开发一种经济的和高活性的用于ORR的金属电 催化剂对于低温燃料电池的至关重要。
新型Fe-N掺杂C催化剂(或Fe-N / C)使用低成本的三聚氰胺海绵,以泡沫状三维大孔结构为起
点。 该材料广泛用于绝缘,隔音和作为粗糙的清洁海绵,由于它表面积很大,具有广泛的孔隙网
络,使其成为理想的催化剂载体前体材料。 在用Fe盐浸渍海绵之后,将三聚氰胺海绵在氨中退火以
产生具有N原子的分级微/大孔/中孔的碳骨架,其产生活性Fe-N4位点以进行催化。 较大的表面积
为反应提供了充足的空间,而多孔网络可以方便反应物进入。
Gan说 “通过控制退火时间,可以调节孔隙率和氮的化学状态,优化的三聚氰胺 - 海绵衍生的电催
化剂具有高微孔表面积和分级大孔/中孔有利于物质的传输,从而产生优异的ORR活性。”
新催化剂在碱性溶液中具有长期稳定性,在10000次循环中性能损失很小,优于商用Pt / C和大多数
非贵金属催化剂。 与其他非贵金属催化剂一样,与商业Pt / C催化剂相比,Fe-N / C也显示出优异的甲醇耐受性。
新催化剂代表了用于ORR的贵金属Pt催化剂的高活性替代品。研究人员认为,他们的新型Fe-N / C
电催化剂是迄今为止发展*好的一种,并且由于其低成本和工业规模扩大的潜力,在燃料电池应用方面非常有前途。
Gan说,“由于其低成本和可大量地合成,三聚氰胺海绵衍生的Fe-N / C电催化剂非常适合实际应
用,我们现在将催化剂应用于一个真实的质子交换膜燃料电池,该电池具有良好的初始电池性能。
但是在实际应用之前,需要进一步提高催化剂产率和避免磷杂质。”
文章来自:materialstoday,原文题目:Sponge makes novel catalyst for fuel cells,
由材料科技在线团队编译。