单原子和分级孔气凝胶限制策略用于低铂燃料电池

摘要 通过尽可能低的铂（Pt）含量实现高催化性能，是降低质子交换膜燃料电池（PEMFCs）成本的关键。然而，在PEMFC中降低Pt负载会导致氧气的高质量传输阻力，源于有限的活性位点，并导致催化剂在长期运行后因Pt颗粒长大而稳定性降低。在此，我们设计了Pt—金属/金属—N—C气凝胶催化剂，大幅降低氧相关的质量传输阻力，并具备长期耐用性。具备分级和互连孔的Fe—N—C气凝胶支撑材料使得PEMFCs在超低Pt负载（50 ± 5 µg Pt cm − 2）下实现较低的局部氧气传输阻力（0.18 s cm −1）。Fe─N位点的化学限制确保了在合成过程（高达1000 °C）和PEMFCs实际应用中负载Pt的高稳定性。超低Pt PEMFC在0.80 A cm −2下表现出8 mV的低电压损失，并在经过60,000次加速耐久性测试后电化学表面积保持不变。分级孔、气凝胶和单原子的结合可以充分体现它们的结构优势，拓展对先进燃料电池PEMFC催化剂合成的理解。