질소 조정 단일 코발트 원자 촉매를 이용한 프로톤 교환膜 연료 전지에서의 산소 환원

초록 Fenton 반응으로 인해 전극 내 Fe 및 과산화물의 존재는 유기 이온머 및 막의 심각한 분해를 초래하는 자유 라디칼을 생성합니다. 내구성이 있고 저렴한 프로톤 교환 막 연료 전지(PEMFC)를 위해 Pt가 없는 Fe가 없는 음극 촉매가 긴급히 필요합니다. 여기에서 고성능 질소 조정 단일 Co 원자 촉매는 Co-도핑된 금속-유기 구조체(MOFs)로부터 1단계 열 활성화를 통해 유도됩니다. 수차 보정 전자 현미경과 X선 흡수 분광법을 결합한 결과 촉매에서 원자 수준의 CoN 4 배위가 사실상 확인됩니다. Co 도핑 농도 및 열 활성화 온도의 영향을 조사한 결과, 최적의 화학적 및 구조적 특성을 가진 원자 수준으로 분산된 Co 사이트가 산소 환원 반응(ORR)을 위해 도전적인 산성 매체에서 괄목할 만한 활성 및 안정성을 달성했습니다(예: 0.80 V 대 역가수 전극(RHE)의 반파 잠재력). 그 성능은 Fe 기반 촉매에 필적하며 Pt/C -60 μg Pt cm −2 보다 60 mV 낮습니다. 연료 전지 테스트는 촉매의 활성 및 안정성이 PEMFC의 고성능 음극으로 전환될 수 있음을 확인합니다. 현저하게 향상된 ORR 성능은 비활성 Co 응집체를 제외하고 3D 다공성 MOF 유래 탄소 입자에 포함된 잘 분산된 CoN 4 활성 사이트의 존재에 기인합니다.