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3萬次循環,幾乎無衰減!北化工莊仲濱/李暉最新Nature子刊!

3萬次循環,幾乎無衰減!北化工莊仲濱/李暉最新Nature子刊!
第一作者:Jinjie Fang, Haiyong Wang, Qian Dang
通訊作者:莊仲濱,李暉Yushan Yan
通訊單位:北京化工大學,美國特拉華大學
論文速覽
氫氧化物交換膜燃料電池(HEMFCs)具有使用低成本的材料的優勢,但受到負極氫氧化反應(HOR)動力學緩慢的阻礙。本文報道了一種原子分散的銥(Ir)錨定在碳負載Mo2C納米顆粒上(IrSA-Mo2C/C)的高效穩定堿性HOR催化劑。該催化劑具有顯著的HOR活性,其比交換電流密度達到4.1 mA cm-2ECSA,是Ir/C的10倍,并且在經過30000次循環的加速穩定性測試后幾乎沒有衰減。
理論計算表明,這種高HOR活性歸因于獨特的Mo2C基底,不僅優化了Ir位點的氫(H)結合能力,還提供了增強的羥基(OH)結合位點。使用低載量(0.05 mgIr?cm-2的IrSA-Mo2C/C作為負極,所制備的氫氧化物交換膜燃料電池(HEMF)能提供高達1.64 W cm-2的峰值功率密度。該工作表明,原子分散的貴金屬負載在碳化物上可能是實現高性能HEMFCs的有希望的策略。
圖文導讀
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圖1:IrSA-Mo2C/C的合成與表征
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圖2:IrSA-Mo2C/C的結構分析
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圖3:IrSA-Mo2C/C的HOR性能
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圖4:IrSA-Mo2C/C的穩定性
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圖5:機理研究
總結展望
本研究開發了一種原子分散的Ir催化劑,通過在Mo2C基底上精確調控Ir位點,實現了優化的氫結合和增強的羥基結合,從而顯著提高了堿性HOR的性能。
IrSA-Mo2C/C催化劑在HEMFC中展現出了高活性和高穩定性,具有較低的貴金屬負載量需求,為減少電催化中的貴金屬使用提供了有希望的途徑。未來的工作可以進一步探索此類催化劑在不同條件下的性能,以及如何進一步優化其結構以提高長期穩定性和規模化應用潛力。
文獻信息
標題:Atomically dispersed Iridium on Mo2C as an efficient and stable alkaline hydrogen oxidation reaction catalyst
期刊:Nature Communications
DOI:10.1038/s41467-024-48672-9

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