开发高效、稳定且低成本的氧还原反应(ORR)催化剂对于加速质子交换膜燃料电池(PEMFC)和金属空气电池的广泛应用至关重要。

近日，广东工业大学Quanbing Liu，Dai Dang，华南理工大学Zhiming Cui，中科院大连化物所Wenjun Fan报道了将薄碳壳修饰的Fe₃C纳米粒子（NPs）原位封装到多孔的S掺杂的Fe-NC二维碳纳米片上。

文章要点

1）混合Fe-S-NC/Fe₃C催化剂的膜电极组件（MEA）在H₂-O₂和H₂-空气 PEMFC中可分别实现0.836 W cm^-2和0.535 W cm^-2的高功率密度。此外，该催化剂在H₂-O₂PEMFC阴极应用时表现出优异的耐久性，在68小时寿命测试后恢复原始性能的75%。

2）实验结果和密度泛函理论计算表明，电化学活性和耐久性的提高可以归因于多孔S掺杂的Fe-NC和Fe₃CNPs混合结构之间的协同催化作用，它们对ORR的速率控制步骤具有更低的能垒。

这项工作为通过单原子位点和纳米粒子之间的协同催化来提高PEMFC性能提供了途径。

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Chao Liu, et al, Integrating sulfur-doped atomic-dispersed FeNx sites with small-sized Fe3C nanoparticles for PEMFCs and Beyond, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE00493K

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee00493k