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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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胡勁松課題組在非貴金屬燃料電池催化劑與器件方面取得新進展
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胡勁松課題組在非貴金屬燃料電池催化劑與器件方面取得新進展 2023-05-17 | 編輯：lry | 【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】 燃料電池是氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，也是氫能在交通運輸行業(yè)應(yīng)用的載體。在全球碳中和愿景對于燃料電池規(guī)模化商用的需求背景下，發(fā)展非貴金屬基高活性與高穩(wěn)定性的氧還原反應(yīng)（ORR）催化劑至關(guān)重要。 在國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和北京分子科學(xué)國家研究中心的資助下，化學(xué)所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點實驗室胡勁松課題組一直致力于開發(fā)高活性高穩(wěn)定性的過渡金屬氮碳（M-N-C）基電催化劑及器件。前期開發(fā)了級聯(lián)保護策略普適性地合成系列高載量M-Nx位點氧還原催化劑（Nat. Commun. 2019, 10(1), 1278）；開發(fā)了亞穩(wěn)態(tài)巖鹽相氧化物介導(dǎo)的方法實現(xiàn)了高密度、小尺寸且高度石墨化碳層與外層多孔碳網(wǎng)絡(luò)雙重保護的M@NC氧還原電催化劑及高性能能源器件（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 7116-7127）；闡釋了單原子分散Mn-Nx位點調(diào)控局域環(huán)境來提升單原子分散Ni-Nx位點電催化性能的機制（Chem. Sci. 2022, 13, 13172）；揭示了高負載Cu-N-C單原子催化劑在反應(yīng)條件下原位衍生的Cu/CuNC異質(zhì)界面的協(xié)同催化機制等（Natl. Sci. Rev. 2023, 10, nwac248）。 近期，該課題組與合作者們開發(fā)了一種界面組裝策略，通過構(gòu)建中空納米籠結(jié)構(gòu)，將高密度二元單原子Fe/Co-Nx位點限制在多孔殼層內(nèi)外表面，實現(xiàn)了高位點密度、高位點利用率的二元單原子Fe/Co-Nx氧還原催化劑。催化劑單位電化學(xué)有效位點密度可達7.6×1019 sites g-1，超過了絕大多數(shù)已報道的M-Nx催化劑，是金屬載量相似的常規(guī)實心催化劑的3.7倍。在堿性燃料電池和鋅空氣電池中，F(xiàn)eCo-NCH材料組裝器件的峰值功率密度分別為569.0或414.5 mW cm-2，是用金屬載量相似的常規(guī)實心催化劑組裝的對比器件的3.4或2.8倍。這些結(jié)果不僅直觀地證實了催化位點利用率直接影響燃料電池和鋅空電池的功率密度，而且為探索高效低成本的非貴金屬電催化劑在各類能源器件中的應(yīng)用提供了新的思路。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature Communications期刊（Nat. Commun. 2023, 14, 1822），第一作者為化學(xué)所博士生蔣哲和北京化工大學(xué)的劉雪瑞與中科院物理所的劉效治博士，通訊作者為化學(xué)所胡勁松研究員和唐堂博士以及廣西師范大學(xué)樊友軍教授。 界面組裝策略構(gòu)建高密度高利用率的二元Fe/Co-Nx位點用于高效能源器件 分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點實驗室 2023年5月17日 |
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