하이브리드 메조포러스 Fe를 통한 PtFe 합금 촉매 구축

2023년 8월 15일

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작성자: Li Yuan, 중국과학원

높은 활성과 안정성을 지닌 Pt 기반 금속간 합금은 음극산소환원반응(ORR)을 가속화하고 양성자 교환막 연료전지의 대규모 적용을 가속화하는 데 유망합니다.

원자적으로 분산된 Fe-NC 촉매는 ORR에 대한 지지체로서 로드된 PtM(M=Fe, Co, Ni 등) 합금의 효율성을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다.

그러나 ORR에 안정적이지 않고 효율적이지 않은 철 나노입자와 산화철은 Fe-NC 합성 중에 형성되는 경우가 많습니다. Pt의 효율을 높이기 위해 철 나노입자 또는 산화물 도핑과 함께 하이브리드 Fe-NC를 어떻게 잘 활용하는지는 여전히 어려운 과제입니다.

중국과학원(CAS) 산하 칭다오 생물에너지 및 생물공정기술연구소(QIBEBT) 연구진과 공동연구자들은 메조다공성 하이브리드 Fe-NC를 모델 지원으로 사용하여 메조다공성 Fe-NC에 탑재된 고도로 분산된 PtFe 나노입자를 제작했습니다. - 현장 합금 전략.

이번 연구 결과는 ACS Sustainable Chemistry & Engineering 저널 6월 26일자에 게재되었습니다.

연구진은 Fe 단일 원자와 소량의 Fe 기반 나노입자 및 산화물이 주로 도핑된 메조다공성 하이브리드 나노구조에 H2PtCl6이 흡착될 수 있음을 발견했다. 그리고 후속 열처리 중에 위에서 언급한 세 가지 철 종과 함께 Pt로 환원되고 현장에서 합금화될 수 있습니다.

체계적으로 특성화한 결과 최종적으로 얻은 촉매는 원자비가 1:1인 PtFe 합금으로 구성되었으며 지지체는 다른 단계 도핑 없이 원자적으로 분산된 Fe-NC였습니다.

합성된 최고 성능의 촉매는 3mA cm-2의 전류 밀도에서 0.925V의 높은 전위를 전달했으며 0.1M HClO4의 ORR에 대해 0.9V에서 497.5mA mgPt-1의 높은 질량 활성을 달성했습니다. 더 중요한 것은 10k 잠재적 주기의 가속 열화 테스트 후에 질량 활성 손실이 17.9%에 불과하다는 것입니다.

이번 연구의 교신 저자인 QIBEBT의 Liang Hanpu 교수는 "이번 발견은 불순한 원자 Fe-NC 지지체를 사용하여 ORR을 향한 고효율 Pt 기반 전기화학 반응 촉매의 합리적인 설계를 위한 새로운 방향을 제시합니다"라고 말했습니다.

추가 정보: Xilong Wang 외, 산소 환원 반응을 위한 Pt의 촉매 효율을 가속화하기 위해 하이브리드 메조다공성 Fe-N-C를 사용한 현장 합금, ACS 지속 가능한 화학 및 엔지니어링(2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c01836

저널 정보:ACS 지속 가능한 화학 및 엔지니어링

중국과학원 제공