康奈尔化学家发现过渡金属氮化物催化剂 以用于碱性燃料电池

据国外媒体报道，康奈尔大学的化学家表示，他们发现了一种非贵金属衍生物——过渡金属氮化物(TMN)，可以催化碱性燃料电池中的氧还原反应(ORR)，但成本与铂类似。这项研究由康乃尔大学文理学院化学和化学生物学系教授héctor d . abrua领导，并在《科学进展》杂志上发表。

(来源:科学进展日报)

与内燃机相比，氢燃料电池具有更高的整体能效和潜在的零碳排放，因此在未来的汽车交通领域具有巨大的前景。然而，在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，昂贵的铂(和其他贵金属)被广泛用于加速缓慢的氧还原(ORR)，这使得氢燃料电池无法广泛应用于电动汽车。虽然已经有很多关于合金化和纳米结构的研究，以尽量减少铂的使用，提高其本征活性，但用非贵金属或氧化物代替铂更有前景。

与约占燃料电池堆成本40%的PEMFC相比，阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)的主要优势在于，凭借催化剂在碱性电解质中的高稳定性，可以使用基于非贵金属过渡金属的ORR催化剂。为了促进碱性介质中的ORR动力学，研究人员对非贵金属催化剂做了大量的研究，包括金属-氮-碳、过渡金属氧化物和钙钛矿。特别地，过渡金属氧化物，例如钴-锰尖晶石氧化物，在膜电极组件(MEA)中显示出超过1w·cm-2的功率密度。然而，这些半导体尖晶石氧化物的低固有电导率阻碍了其ORR活性的进一步提高。

理想的ORR电催化剂应该具有负责催化ORR过程的活性表面和促进电荷转移的导体。因此，开发导电非贵金属催化剂代表了避免导电性问题和改善ORR性能的可行且有吸引力的方法。

TMN是一种由钴、锰、铁和其他过渡金属衍生的化合物，可以导电，当暴露在空气中时，它会形成一层薄的氧基壳，为催化化学反应提供表面。在合成了一系列具有导电氮化物核心和活性氧化物外壳的TMN后，研究小组在模型氢燃料电池中测试了每种候选催化剂。

锰和铁基候选材料表现强劲。然而，截至2月2日，氮化钴催化剂表现更好，其效率与铂几乎相同，其成本降低了475倍。碳载氮化钴(Co3N/C)催化剂的半波电位为0.862 V，其峰值功率密度打破了已报道的碱性膜电极组件中700 mW·cm-2氮化物阴极催化剂的记录。

héctor abrua说:“氢燃料电池非常强大，可以大大提高传统发动机的运行效率。因此，有必要设计一种稳定且价格合理的催化剂。”据国外媒体报道，康奈尔大学的化学家表示，他们发现了一种非贵金属衍生物——过渡金属氮化物(TMN)，可以催化碱性燃料电池中的氧还原反应(ORR)，但成本与铂类似。这项研究由康乃尔大学文理学院化学和化学生物学系教授héctor d . abrua领导，并在《科学进展》杂志上发表。

(来源:科学进展日报)

与内燃机相比，氢燃料电池具有更高的整体能效和潜在的零碳排放，因此在未来的汽车交通领域具有巨大的前景。然而，在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，昂贵的铂(和其他贵金属)被广泛用于加速缓慢的氧还原(ORR)，这使得氢燃料电池无法广泛应用于电动汽车。虽然已经有很多关于合金化和纳米结构的研究，以尽量减少铂的使用，提高其本征活性，但用非贵金属或氧化物代替铂更有前景。

与约占燃料电池堆成本40%的PEMFC相比，阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)的主要优点是可以……利用催化剂在碱性电解液中的高稳定性，使用基于非贵金属过渡金属的ORR催化剂。为了促进碱性介质中的ORR动力学，研究人员对非贵金属催化剂做了大量的研究，包括金属-氮-碳、过渡金属氧化物和钙钛矿。特别地，过渡金属氧化物，例如钴-锰尖晶石氧化物，在膜电极组件(MEA)中显示出超过1w·cm-2的功率密度。然而，这些半导体尖晶石氧化物的低固有电导率阻碍了其ORR活性的进一步提高。

理想的ORR电催化剂应该具有负责催化ORR过程的活性表面和促进电荷转移的导体。因此，开发导电非贵金属催化剂代表了避免导电性问题和改善ORR性能的可行且有吸引力的方法。

TMN是一种由钴、锰、铁和其他过渡金属衍生的化合物，可以导电，当暴露在空气中时，它会形成一层薄的氧基壳，为催化化学反应提供表面。在合成了一系列具有导电氮化物核心和活性氧化物外壳的TMN后，研究小组在模型氢燃料电池中测试了每种候选催化剂。

锰和铁基候选材料表现强劲。然而，截至2月2日，氮化钴催化剂表现更好，其效率与铂几乎相同，其成本降低了475倍。碳载氮化钴(Co3N/C)催化剂的半波电位为0.862 V，其峰值功率密度打破了已报道的碱性膜电极组件中700 mW·cm-2氮化物阴极催化剂的记录。

héctor abrua说:“氢燃料电池非常强大，可以大大提高传统发动机的运行效率。因此，有必要设计一种稳定且价格合理的催化剂。”

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