プロトン交換膜燃料電池における効率的な酸素還元反応のためのMOF‐5由来の炭素上のFe単原子触媒

要約 Fe単原子触媒（Fe SAC）の開発は、プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）における酸素還元反応（ORR）の効率を向上させるための重要なステップです。本研究では、3D微孔立方体構造を持つZn 4 O(1,4‐ベンゼンジカルボキシレート) 3 (MOF‐5)を前駆体として使用し、非常に高い比表面積（2751 m 2 g –1）と高い外部表面積（1651 m 2 g –1）を持つ高多孔性炭素（C‐MOF‐5として示される）を調製しました。C‐MOF‐5は、アクセス可能なFeN xサイト（2.35 wt%）を大量に持つFe SAC‐MOF‐5を生成するための効果的な炭素支持体であることが示されています。Fe SAC‐MOF‐5は、0.5 m H 2 SO 4電解液中で0.83 V（vs RHE）の半波電位を示し、0.2 MPa H 2‐O 2 PEMFCで0.84 W cm –2のピーク出力密度を達成します。この優れた性能は、単一Fe原子の高密度形成のためのC‐MOF‐5の超高比表面積と、活性部位の露出増加のための高い外部表面積に起因しています。この研究は、超高比表面積を持つさまざまなMOF前駆体から派生した金属単原子触媒の合理的な設計を促進し、PEMFCにおける酸素還元反応の性能を改善する可能性があります。