分级孔结构的Fe-N-C催化剂用于高效电催化氧还原  

Hierarchically Porous Fe-N-C Catalysts for Efficient Electrocatalytic Oxygen Reduction Reaction

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作  者:郑锐雪 孟庆磊 张丽[1] 刘长鹏[1,2] 邢巍[1,2] 肖梅玲[1,2] ZHENG Rui-Xue;MENG Qing-Lei;ZHANG Li;LIU Chang-Peng;XING Wei;XIAO Mei-Ling(State Key Laboratory of Electroanalytical Chemistry,Changchun Institute of Applied Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130022,China;School of Applied Chemical Engineering,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)

机构地区:[1]中国科学院长春应用化学研究所,电分析化学国家重点实验室,长春130022 [2]中国科学技术大学应用化学与工程学院,合肥230026

出  处:《应用化学》2023年第8期1187-1194,共8页Chinese Journal of Applied Chemistry

基  金:国家重点研发计划项目(No.2022YFB4004100);国家自然科学基金(No.22272161);吉林省科技发展计划项目(No.20230201154GX)资助。

摘  要:氧还原反应(ORR)是金属空气电池以及质子交换膜燃料电池(PEMFCs)系统重要的阴极反应,研究具有高活性与高稳定性的非贵金属催化剂具有重要意义。本研究使用了一种具有分级孔结构的MIL-101-(Al-Fe)作为金属前驱体模板,成功制备出具有分级多孔结构的Fe-N-C催化剂。电化学测试结果表明,在0.1 mol/L KOH电解液中,Fe-N-C-MIL-900催化剂表现出最优的氧还原性能(半波电位0.905 V以及5000圈CV测试后半波电位仅下降5 mV),远高于纯碳基N-C-MIL-900催化剂(0.845 V)。通过旋转环盘电极测试发现,Fe-N-C-MIL-900催化剂ORR电子转移数为3.98,H_(2)O_(2)产率低于3%,表现出明显的4电子ORR路径。这一工作为制备具有高ORR活性的Fe-N-C催化剂提供了一种新的途径。Oxygen reduction reaction(ORR)is an important cathode reaction for metal-air batteries and proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).It is of great significance to study non-noble metal catalysts with high activity and stability.In this paper,MIL-101-(Al-Fe)with hierarchical porous structure is innovatively used as the metal precursor template,and Fe-N-C catalysts with rich mesoporous structure are successfully prepared.Electrochemical test results show that Fe-N-C-MIL-900 shows the best ORR activity with half-wave potential of 0.905 V in 0.1 mol/L KOH electrolyte.The ORR electron transfer number of Fe-N-C-MIL-900 catalyst is 3.98,and the H2O2 yield is less than 3%,demonstrating an obvious 4-electron ORR pathway.This work provides a new way to prepare hierarchically porous Fe-N-C catalysts with high ORR activity.

关 键 词:氧还原 分级孔结构 铁基催化剂 4电子路径 

分 类 号:O646[理学—物理化学]

 

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