3万次循环,几乎无衰减!北化工庄仲滨/李晖最新Nature子刊!

3万次循环,几乎无衰减!北化工庄仲滨/李晖最新Nature子刊!
第一作者:Jinjie Fang, Haiyong Wang, Qian Dang
通讯作者:庄仲滨,李晖Yushan Yan
通讯单位:北京化工大学,美国特拉华大学
论文速览
氢氧化物交换膜燃料电池(HEMFCs)具有使用低成本的材料的优势,但受到负极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢的阻碍。本文报道了一种原子分散的铱(Ir)锚定在碳负载Mo2C纳米颗粒上(IrSA-Mo2C/C)的高效稳定碱性HOR催化剂。该催化剂具有显著的HOR活性,其比交换电流密度达到4.1 mA cm-2ECSA,是Ir/C的10倍,并且在经过30000次循环的加速稳定性测试后几乎没有衰减。
理论计算表明,这种高HOR活性归因于独特的Mo2C基底,不仅优化了Ir位点的氢(H)结合能力,还提供了增强的羟基(OH)结合位点。使用低载量(0.05 mgIr cm-2的IrSA-Mo2C/C作为负极,所制备的氢氧化物交换膜燃料电池(HEMF)能提供高达1.64 W cm-2的峰值功率密度。该工作表明,原子分散的贵金属负载在碳化物上可能是实现高性能HEMFCs的有希望的策略。
图文导读
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图1:IrSA-Mo2C/C的合成与表征
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图2:IrSA-Mo2C/C的结构分析
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图3:IrSA-Mo2C/C的HOR性能
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图4:IrSA-Mo2C/C的稳定性
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图5:机理研究
总结展望
本研究开发了一种原子分散的Ir催化剂,通过在Mo2C基底上精确调控Ir位点,实现了优化的氢结合和增强的羟基结合,从而显著提高了碱性HOR的性能。
IrSA-Mo2C/C催化剂在HEMFC中展现出了高活性和高稳定性,具有较低的贵金属负载量需求,为减少电催化中的贵金属使用提供了有希望的途径。未来的工作可以进一步探索此类催化剂在不同条件下的性能,以及如何进一步优化其结构以提高长期稳定性和规模化应用潜力。
文献信息
标题: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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