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單原子金屬催化劑高效電催化氧還原研究獲進展

電化學氧還原(ORR)反應在燃料電池、金屬-空氣電池等領域有著關鍵作用。尋找高活性、高性價比、高利用率同時具有長壽命的非貴金屬ORR催化劑,以替代貴金屬Pt催化劑,是該領域的熱點研究方向。雖然非貴金屬單原子催化劑具有高原子利用率、高活性和選擇性,但其在合成或催化過程中容易聚集從而失去活性,通過簡單方法獲得穩定分散的單原子催化劑是急需克服的難題。

近日,中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室曹榮、黃遠標團隊利用嗪基卟啉鐵作為單體,成功通過離子熱法,一步合成獲得了固載在多孔卟啉基共價三嗪框架材料上的單原子Fe-N4催化劑。在球差電鏡下,未在該單原子催化劑中觀察到鐵納米顆粒,Fe原子呈現原子級別分布;擴展X射線吸收精細結構(EXAFS)表明,每個鐵原子周圍配位四個氮原子形成穩定的Fe-N4結構。因此,該單原子催化劑在酸、鹼性條件下ORR活性優於市售鉑碳催化劑(20%Pt/C),同時具有更高穩定性和更好抗甲醇中毒能力。該研究為設計合成高效的單原子非貴金屬催化劑提供了新思路,為發展新高效電催化劑提供了重要參考。

相關研究成果發表在ACS Energy Letters上。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中科院戰略性先導科技專項、中科院前沿科學重點研究項目等的資助。

福建物構所單原子金屬催化劑高效電催化氧還原研究獲進展

來源:中國科學院福建物質結構研究所

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