北航相艷教授課題組：用于燃料電池陰極氧還原反應的單原子銅催化劑

Alisa 4年前 (2019-07-20) 5029瀏覽

北京航空航天大學相艷課題組成功制備了用于燃料電池陰極氧還原反應的單原子銅催化劑，該研究成果“A copper single-atom catalyst towards e?cient and durable oxygen reduction for fuel cells”發表在Journal of Materials Chemistry A上，并于當期封面做簡要介紹。論文的第一作者是北航空間與環境學院2018級博士生崔麗婷，通訊作者為北航空間與環境學院相艷教授、盧善富研究員、王海寧副教授。

隨著能源和環境問題日益突出，燃料電池作為一種將化學能轉換為電能的裝置，因其高效、清潔而備受關注。然而，陰極氧還原反應（ORR）動力學相對較慢，嚴重依賴貴金屬Pt催化劑，成為制約燃料電池大規模應用的一個重要因素。因此，發展ORR低鉑/非鉑催化劑對推進燃料電池大規模應用具有重要意義。過渡金屬單原子催化劑（SAC）在單電極表征中展現出了優異的ORR性能，近年來引起了極大的關注。在以往的研究報道中，過渡金屬多為Fe、Co、Ni等。金屬Cu是從多種生命形式中ORR的中心原子，然而，僅有少數基于Cu SAC的ORR催化劑的研究報道。此外，很少有關于Cu SAC在燃料電池中的應用報道。

相艷課題組以酞菁銅為前驅體，采用簡單熱解法制備了單原子銅催化劑。該催化劑在堿性介質中表現出良好的ORR性能，其半波電位為0.81 V (vs. RHE)，比商業化Pt/C相差30 mV。同時顯示出優異的耐久性，在堿性介質中5000次循環后，半波電位僅有9 mV的負移。基于該催化劑的陰離子交換膜燃料電池在70℃下的峰值功率密度可達196 mW cm^-2。密度泛函理論計算表明從HOO*到O*的過程是影響其ORR性能的關鍵步驟。Cu SAC有望成為一種用于燃料電池的非貴金屬ORR催化劑。

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