Bei der Entwicklung neuer Brennstoffzellenkatalysatoren wurden große Durchbrüche erzielt

Kommerzielle Anwendungen von Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen sind durch die langsame Sauerstoffreduktionskinetik der Kathode begrenzt.

Derzeit besteht die effektivste Strategie zur Verbesserung der katalytischen Aktivität der Sauerstoffreduktion darin, die Bindungsenergie zwischen dem Katalysator und den sauerstoffhaltigen Spezies durch die Regulierung des Übergangsmetalls M (M = Fe, Co, Ni, Cu usw.) und zu optimieren Edelmetall-Pt-Legierung, um die katalytische Aktivität der Sauerstoffreduktion zu verbessern.

Jüngste Studien haben gezeigt, dass Grenzflächenkatalysatoren einen weiteren wirksamen Weg zur Verbesserung der katalytischen Aktivität der Sauerstoffreduktion im Vergleich zu Oberflächenkatalysatoren darstellen können.

Es ist jedoch immer noch eine große Herausforderung, effiziente Grenzflächenkatalysatoren mit neuen Mechanismen zur Verbesserung der Grenzfläche zu entwickeln.

Übergangsmetallcarbide haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, hervorragenden mechanischen Festigkeit, Härte, chemischen Stabilität und Korrosionsbeständigkeit erhebliche Aufmerksamkeit erhalten.

Die Schaffung eines neuen Grenzflächenkatalysators durch die Kombination von PtM und Übergangsmetallcarbid bleibt eine große Herausforderung.

Um diese Probleme zu lösen, entwarf und entwickelte das Team von Guo Shaojun an der Technischen Fakultät der Universität Peking ein neues hantelförmiges ptfe-fe2c-Nanopartikel.

Die hantelförmigen ptfe2c-Nanopartikel wurden durch Carbonisieren der hantelförmigen ptfe3o4-Nanopartikel erhalten.

Elektrochemische Tests zeigten, dass die spezifische Aktivität und Massenaktivität der Sauerstoffreduktion im sauren Medium des Katalysators 3,53 mAcm2 bzw. 1,50 mg1 erreichte, 11,8- bzw. 7,1-mal höher als bei handelsüblichem Pt / C und eine ausgezeichnete elektrochemische Stabilität aufwies. Die Aktivität von 5.000 cyclischen Katalysatoren nahm kaum ab.

Das Team berechnete ferner, dass diese einzigartige Struktur einen neuartigen barrierefreien Elektronentransportmechanismus an der Grenzfläche aufweist, der der elektrokatalytischen Reaktion zur Verbesserung der elektrokatalytischen Aktivität förderlicher ist.

Dieser barrierefreie Grenzflächenelektronentransportmechanismus kann auf andere elektrokatalytische Systeme wie die elektrokatalytische Wasserstoffentwicklung und die elektrokatalytische Reduktion von Wasserstoffperoxid ausgedehnt werden.

Die spezifische Aktivität der Wasserstoffentwicklung des Katalysators in saurem Medium erreichte 28,2 mAcm², 2,9-mal höher als bei handelsüblichem Pt / C.

Bezogen auf den Katalysator erreicht die Nachweisgrenze des elektrochemischen Wasserstoffperoxidsensors 2 nM.

Diese Arbeit ist von entscheidender Bedeutung für die theoretische Untersuchung der Elektrokatalyse und die Entwicklung neuer hocheffizienter Brennstoffzellen-Elektrokatalysatoren und liefert eine neue Idee für das strukturelle Design der nächsten Generation von Hochleistungs- und kostengünstigen Elektrokatalysatoren.

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