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廈大孫世剛院士團隊ACS Nano新成果！

來源：時間：2024-01-02 15:39:43 瀏覽：1567次

第一作者：Shuhu Yin

通訊作者：孫世剛院士、姜艷霞教授、張斌偉副教授

通訊單位：廈門大學、重慶大學

DOI: 10.1021/acsnano.3c08570.

研究背景

在質子交換膜燃料電池（PEMFC）中，非貴金屬電催化劑的成本過高，且非貴金屬電催化劑的耐久性較差，嚴重限制了其實際應用。基于此，廈門大學孫世剛院士和姜艷霞教授、重慶大學張斌偉副教授等人通過氣相沉積策略成功地制備了電子結合PtFe合金（PtFe-FeNC）的FeN₄活性位點，作為極低Pt負載（0.64 wt %）雜化電催化劑。PtFe合金與FeNC基體之間的強相互作用導致MA增加了12.9倍，并增強了穩定性。經過70000次循環后，PtFe-FeNC催化劑保持其性能，沒有明顯的降解。

文章要點

1、作者通過氣相沉積策略成功合成了一種具有極低Pt負載（0.64 wt %）的PtFe-FeNC雜化催化劑，其中PtFe合金與FeN₄位點進行電子耦合。PtFe合金與FeNC基體之間的強相互作用導致MA增加了12.9倍，并增強了穩定性。經過70000次循環后，PtFe-FeNC催化劑保持其性能，沒有明顯的降解。超低負載Pt的摻雜使PtFe-FeNC催化劑在AST測試中比FeNC的壽命更大；在H₂-空氣PEMFC中進行30000次電壓循環后，P_max從51.7%下降到12.5%。

2、由于Pt納米顆粒在ORR過程中顯著抑制了FeN₄位點的損失率，從1.5‰循環到0.1‰循環，PtFe-FeNC的耐久性顯著提高。同時Pt納米顆粒抑制FeN₄浸出的機制可能是減少氧自由基和過氧化氫的形成，從而減少FeN₄和碳載體的降解。本工作強調了PtFe合金和FeN₄位點之間的電子耦合的重要性，這為提高燃料電池中鐵/N/C催化劑的耐久性提供了另一種有效的方法。

圖文展示

圖1. PtFe-FeNC催化劑的結構表征

圖2. PtFe-FeNC催化劑在RDE中的催化活性和穩定性

圖3.PtFe-FeNC催化劑組成的表征

圖4.ATSs處理后PtFe-FeNC的結構表征

圖5. PEMFC活性和耐久性

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