清華大學:利用三聚氰胺海綿合成新型催化劑用于燃料電池

發布人:fengtai 時間:2020-05-09 11:29:57

清華大學:利用三聚氰胺海綿合成新型催化劑用于燃料電池

 

 來源:材料科技在線(點擊跳轉)

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鄭州峰泰納米材料有限公司

     三聚氰胺-海綿基的非貴重燃料電池電催化劑

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(左上)Fe / MS催化劑的SEM圖像,具有大量大孔/中孔的3D微纖維網絡。 (右上)碳載體上單

個Fe原子(用橙色圓圈突出顯示)的HAADF-STEM圖像。(左下)電流密度與Fe / MS催化劑和常

規Pt / C催化劑的電壓。 (右下圖)ORR電催化的示意圖


生物體反應例如呼吸,能量轉換系統例如燃料電池,在它們的中心會發生氧化還原反應(ORR),

吸收氧氣并產生水或過氧化氫。但該反應需要催化劑,在燃料電池中催化劑通常是昂貴的貴金屬鉑

(Pt)。ORR的替代催化劑可以使燃料電池在經濟上更具可行性和持續性

現在,中國清華大學的研究人員認為,他們已經提出了一種有前途的非貴金屬電催化劑,來自于

三聚氰胺海綿的形式為摻雜金屬-氮的碳催化劑


Lin Gan 表示開發一種經濟的和高活性的用于ORR的金屬電 催化劑對于低溫燃料電池的至關重要。

新型Fe-N摻雜C催化劑(或Fe-N / C)使用低成本的三聚氰胺海綿,以泡沫狀三維大孔結構為起

點。 該材料廣泛用于絕緣,隔音和作為粗糙的清潔海綿,由于它表面積很大,具有廣泛的孔隙網

絡,使其成為理想的催化劑載體前體材料。 在用Fe鹽浸漬海綿之后,將三聚氰胺海綿在氨中退火以

產生具有N原子的分級微/大孔/中孔的碳骨架,其產生活性Fe-N4位點以進行催化。 較大的表面積

為反應提供了充足的空間,而多孔網絡可以方便反應物進入。


Gan說 “通過控制退火時間,可以調節孔隙率和氮的化學狀態,優化的三聚氰胺 - 海綿衍生的電催

化劑具有高微孔表面積和分級大孔/中孔有利于物質的傳輸,從而產生出色的ORR活性。”

新催化劑在堿性溶液中具有長期穩定性,在10000次循環中性能損失很小,優于商用Pt / C和大多數

非貴金屬催化劑。 與其他非貴金屬催化劑一樣,與商業Pt / C催化劑相比,Fe-N / C也顯示出優異的甲醇耐受性。

新催化劑代表了用于ORR的貴金屬Pt催化劑的高活性替代品。研究人員認為,他們的新型Fe-N / C

電催化劑是迄今為止發展最好的一種,并且由于其低成本和工業規模擴大的潛力,在燃料電池應用方面非常有前途

Gan說,“由于其低成本和可大量地合成,三聚氰胺海綿衍生的Fe-N / C電催化劑非常適合實際應

用,我們現在將催化劑應用于一個真實的質子交換膜燃料電池,該電池具有良好的初始電池性能。

但是在實際應用之前,需要進一步提高催化劑產率和避免磷雜質。”


文章來自:materialstoday,原文題目:Sponge makes novel catalyst for fuel cells,

由材料科技在線團隊編譯。

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