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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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(hù)策略普適性地合成系列高載量M-Nx位點(diǎn)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(shí)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(hù)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(diǎn)調(diào)控局域環(huán)境來提升單原子分散Ni-Nx位點(diǎn)電催化性能的機(jī)制（Chem. Sci. 2022, 13, 13172）；揭示了高負(fù)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(jī)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(diǎn)限制在多孔殼層內(nèi)外表面，實(shí)現(xiàn)了高位點(diǎn)密度、高位點(diǎn)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(diǎn)密度可達(dá)7.6×1019 sites g-1，超過了絕大多數(shù)已報(bào)道的M-Nx催化劑，是金屬載量相似的常規(guī)實(shí)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(shí)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(shí)了催化位點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2023年5月17日 |
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