ハイブリッドメソポーラスFeによるPtFe合金触媒の構築

2023 年 8 月 15 日

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中国科学院、李源著

高い活性と安定性を備えた Pt ベースの金属間合金は、陰極酸素還元反応 (ORR) の加速や固体高分子型燃料電池の大規模応用に有望です。

原子的に分散された Fe-NC 触媒は、ORR に対する担体として担持された PtM (M=Fe、Co、Ni など) 合金の効率を促進する上で重要な役割を果たします。

ただし、Fe-NC の合成中に、安定性がなく、ORR にとって効率的ではない鉄ナノ粒子や酸化鉄が形成されることがよくあります。 Ptの効率を高めるために、鉄ナノ粒子または酸化物ドーピングを備えたハイブリッドFe-NCをどのように活用するかは依然として課題です。

中国科学院（CAS）の青島バイオエネルギー・バイオプロセス技術研究所（QIBEBT）の研究者とその協力者は、モデルサポートとしてメソポーラスハイブリッドFe-NCを使用し、メソポーラスFe-NC上に担持された高度に分散したPtFeナノ粒子を製造した。 -現場合金戦略。

この結果は、6月26日にJournal of ACS Sustainable Chemistry & Engineeringに掲載された。

彼らは、H2PtCl6が、主にFe単一原子と少量のFeベースのナノ粒子および酸化物でドープされたメソポーラスハイブリッドナノ構造に吸着できることを発見した。 そして、それは Pt に還元され、その後の熱処理中に上記の 3 種類の鉄とその場で合金化される可能性があります。

体系的な特性評価により、最終的に得られた触媒は原子比 1:1 の PtFe 合金で構成され、担体は他の相をドーピングせずに原子的に分散した Fe-NC であることが示されました。

合成された最高性能の触媒は、電流密度 3 mA cm-2 で 0.925 V の高電位を実現し、0.1 M HClO4 中での ORR に対して 0.9 V で 497.5 mA mgPt-1 という高い質量活性を達成しました。 さらに重要なことは、加速劣化試験の 10,000 電位サイクル後に観察された質量活性の損失は 17.9 % のみでした。

この研究の責任著者であるQIBEBTのLiang Hanpu教授は、「今回の発見は、不純な原子状Fe-NC担体を用いたORRに向けた、高効率のPtベースの電気化学反応触媒の合理的な設計に新たな方向性をもたらした」と述べた。

詳しくは： Xilong Wang et al、「酸素還元反応のための Pt の触媒効率を加速するためのハイブリッドメソポーラス Fe-N-C によるその場合金化」、ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023)。 DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c01836

雑誌情報:ACS 持続可能な化学と工学

中国科学院提供