新型催化劑助力燃料電池性能大幅提升
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】 近年來(lái)，隨著清潔能源技術(shù)的不斷發(fā)展，燃料電池作為一種高效、環(huán)保的能源轉(zhuǎn)換裝置，受到了廣泛的關(guān)注和研究。然而，燃料電池的性能提升和成本控制一直是制約其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。近日，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院與香港科技大學(xué)合作，通過(guò)創(chuàng)新制備非貴金屬單原子催化劑，有效提升了燃料電池的氧還原反應(yīng)活性，意味著在燃料電池催化劑領(lǐng)域取得了重要突破。相關(guān)成果近日發(fā)表在國(guó)際期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。
他們利用氧化鋅輔助策略，成功制備了氯化血紅素修飾的沸石咪唑型金屬有機(jī)框架薄膜，并通過(guò)進(jìn)一步熱解得到了中空管狀鐵-氮-碳材料。這種材料的管壁布滿有層次的介孔和微孔，鐵-氮活性位點(diǎn)被巧妙地錨定在這些納米孔內(nèi)部，形成了彎曲應(yīng)力，從而顯著提高了催化活性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種鐵-氮-碳材料在氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)出色，在堿性條件下半波電位高達(dá)0.925伏，在酸性介質(zhì)中也能達(dá)到0.825伏。當(dāng)這種材料作為陰極催化劑應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池和鋅空氣電池時(shí)，電池功率密度同樣表現(xiàn)出極高的水平，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鐵-氮-碳材料的水平。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)原位變溫高能X射線衍射和相關(guān)理論計(jì)算，深入揭示了催化劑的合成機(jī)制及其電催化氧還原反應(yīng)的機(jī)理，為能源器件中高性能催化劑的設(shè)計(jì)、制備及其催化機(jī)制的研究提供了新的思路。
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