新型催化劑助力燃料電池性能大幅提升
【化工儀器網 項目成果】 近年來，隨著清潔能源技術的不斷發展，燃料電池作為一種高效、環保的能源轉換裝置，受到了廣泛的關注和研究。然而，燃料電池的性能提升和成本控制一直是制約其大規模應用的關鍵因素。近日，昆明理工大學化學工程學院與香港科技大學合作，通過創新制備非貴金屬單原子催化劑，有效提升了燃料電池的氧還原反應活性，意味著在燃料電池催化劑領域取得了重要突破。相關成果近日發表在國際期刊《德國應用化學》上。
他們利用氧化鋅輔助策略，成功制備了氯化血紅素修飾的沸石咪唑型金屬有機框架薄膜，并通過進一步熱解得到了中空管狀鐵-氮-碳材料。這種材料的管壁布滿有層次的介孔和微孔，鐵-氮活性位點被巧妙地錨定在這些納米孔內部，形成了彎曲應力，從而顯著提高了催化活性。
實驗結果顯示，這種鐵-氮-碳材料在氧還原反應中表現出色，在堿性條件下半波電位高達0.925伏，在酸性介質中也能達到0.825伏。當這種材料作為陰極催化劑應用于質子交換膜燃料電池和鋅空氣電池時，電池功率密度同樣表現出極高的水平，遠高于傳統鐵-氮-碳材料的水平。
此外，研究團隊還通過原位變溫高能X射線衍射和相關理論計算，深入揭示了催化劑的合成機制及其電催化氧還原反應的機理，為能源器件中高性能催化劑的設計、制備及其催化機制的研究提供了新的思路。
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