Appl. Catal. B.：高活性位点密度Co/Fe-N-C双功能ORR阴极催化剂层的多尺度研究

近年来，研究人员致力于设计具有高孔隙率和高效活性位点的催化剂。虽然使用基于旋转圆盘电极（RDE）实验的Co/Fe-N-C催化剂取得了很好的结果，但是实际燃料电池性能低于预期，可能是因为对催化剂层（CL）的理解不足。因此，催化剂设计应综合考虑CL性能，而不仅仅是固有活性。

近日，以色列理工学院Dario R. Dekel、天津大学尹燕教授和张俊锋讲师（共同通讯作者）等人报道了通过仔细设计Co/Fe-ZIF前驱体，获得了碳（C）网络中具有高度分散的CoFe纳米合金的Co/Fe-N-C，其具有良好稳定性的高氧还原反应（ORR）位点密度。

通过关于动力学区的RDE实验和具有复杂影响因素的单电池实验（SCT），作者引入了半电池实验（HCT）以更准确地评估Co/Fe-CL的质量。

基于不同电流密度范围的多尺度研究（RDE、HCT和SCT）分析，对燃料电池应用的ORR催化剂设计有了更全面的了解。通过在ZIF-8骨架前驱体中引入Co和Fe元素，热解后得到了活性位点密度高的0.14Co0.01Fe-N-C ORR催化剂。

此外，通过HCT测试，使用实际催化剂负载量和有效的氧气传输，可以获得更相关和准确的性能数据。特别是在燃料电池工作范围（0.6-0.8 V）内，对比之前的ORR催化剂实验，HCT显示出更大的电流密度（超过100 mA cm^-2）。

0.14Co0.01Fe-N-C衍生的不含Pt族金属的无PGM CL表出与最好的贵金属催化剂（60 wt.%Pt/C，Johnson Matthey）相当的催化性能，在酸性和碱性环境中具有更好的稳定性。由于对氯离子的催化活性和稳定性有了更全面的了解，该工作可以指导燃料电池阴极催化剂的设计和评估程序。

Multi-scale study on bifunctional Co/Fe-N-C cathode catalyst layers with high active site density for the oxygen reduction reaction. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120656.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120656.

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Appl. Catal. B.：高活性位点密度Co/Fe-N-C双功能ORR阴极催化剂层的多尺度研究

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