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太阳能研究所在Advanced Functional Materials期刊发表最新科研成果
发布日期:2022-06-21   浏览次数:



近日,太阳能研究所在Nature Index选定期刊《Advanced Functional Materials》(SCI一区,IF:18.808)上在线发表论文“Nitrogen-Doped Bimetallic Carbide-Graphite Composite as Highly Active and Extremely Stable Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media” (Adv. Funct. Mater. 2022, 2204031)。long8龙8国际为该论文的第一单位,闫早学副教授为第一/通讯作者,姜志锋教授和胡卓锋副教授为共同通讯作者。

低温燃料电池的整体动力学受到缓慢的阴极ORR的限制,这需要大量使用贵金属作为活性中心来克服这一动力学障碍。然而,贵金属催化剂的稳定性相对较差,且贵金属在地壳中的储量非常低。因此,发展高活性、高稳定性以及原料来源丰富的非贵金属ORR催化剂对低温燃料电池的可持续发展至关重要。目前,高活性和高稳定性的非贵金属催化剂已获得长足进展。然而,在进行1000-30000次循环后,非贵金属催化剂的活性明显降低,这主要是由于活性中心的碳腐蚀和脱金属。

在1300-1400 ℃高温合成的双金属碳化物,具有非常高的电催化稳定性以及利于催化ORR的给电子能力。类似地,双金属氮化物作为ORR催化剂也具有非常高的稳定性。受双金属碳化物和双金属氮化物的高活性和高稳定性的启发,本文力求结合双金属碳化物和双金属氮化物两者的优点,在1300 °C和700 °C两步合成了掺氮双金属碳化物-石墨复合材料(N-Fe2MoC-GC)。该N-Fe2MoC-GC在碱性和酸性介质中均具有优异的ORR活性和稳定性,在很大程度上克服了非贵金属催化剂活性和稳定性不足的问题。在H2/O2碱性燃料电池中,N-Fe2MoC-GC在70000次循环后保持了92.9%的初始峰值功率密度(1.12 W cm-2),是迄今为止报道的最活跃、最稳定的非贵金属催化剂之一。Fe和Mo向N和C的电子转移是产生优异活性的关键。石墨基体和Fe2MoC晶体固有的化学稳定性,以及电子转移引起的各组分之间的强相互作用力,是N-Fe2MoC-GC具有优异电催化稳定性的原因。在未来的工作中,有必要提高N-Fe2MoC-GC的比表面积和物料传输性能以改进其活性,并有必要进一步探索N-Fe2MoC-GC在酸性介质中的活性。

该工作得到国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金等项目的支持。

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