關(guān)于作者
中國科學(xué)院金屬研究所
用于氧氣還原反應(yīng)的Fe/N/C電催化劑活性位結(jié)構(gòu)的研究取得重要進(jìn)展
材料新視野
2014年07月15日
燃料電池作為21世紀(jì)清潔、高效的動力源之一，已經(jīng)成為當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)。而氧氣還原反應(yīng)是燃料電池陰極反應(yīng)，由于其反應(yīng)速率相對陽極反應(yīng)速率更低，已經(jīng)成為提高燃料電池整體性能的決定性因素。而用于提高氧氣還原反應(yīng)速率的傳統(tǒng)催化劑是鉑催化劑，由于金屬鉑的價(jià)格昂貴以及資源稀缺等原因，極大地限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e/N/C非貴金屬電催化劑在氧氣還原反應(yīng)中顯示出了接近于金屬鉑的催化性能，成為一種有望取代鉑的催化劑。然而，由于Fe/N/C催化劑具有多相復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所以對Fe/N/C催化劑中催化活性位結(jié)構(gòu)的確定一直是這類非貴金屬催化劑研究的難題。
針對此難題，沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室催化材料研究部蘇黨生研究員、朱延松博士研究生等，成功合成了三種有代表性的Fe/N/C催化劑，并對這三種催化劑的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。他們利用高分辨電鏡（如圖1）、穆斯堡爾譜（如圖2）等表征技術(shù)首次確定了Fe/N/C催化劑中催化活性位的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這是一種鐵的配合物FeN6（如圖3），并排除了此前認(rèn)為活性位是鐵的一些晶態(tài)物質(zhì)（如：FeS、Fe3C）的可能。這部分工作以快訊形式于8月在AngewandteChemie International Edition在線發(fā)表（DOI: 10.1002/anie.201405314）。
該活性位結(jié)構(gòu)的確定，對Fe/N/C非貴金屬催化劑反應(yīng)機(jī)理的研究，以及提高催化劑活性的方面，都具有很高的指導(dǎo)意義。該研究得到了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目（批準(zhǔn)號：2011CBA00504）和國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：51221264、21303226）資助。
針對此難題，沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室催化材料研究部蘇黨生研究員、朱延松博士研究生等，成功合成了三種有代表性的Fe/N/C催化劑，并對這三種催化劑的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。他們利用高分辨電鏡（如圖1）、穆斯堡爾譜（如圖2）等表征技術(shù)首次確定了Fe/N/C催化劑中催化活性位的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這是一種鐵的配合物FeN6（如圖3），并排除了此前認(rèn)為活性位是鐵的一些晶態(tài)物質(zhì)（如：FeS、Fe3C）的可能。這部分工作以快訊形式于8月在AngewandteChemie International Edition在線發(fā)表（DOI: 10.1002/anie.201405314）。
該活性位結(jié)構(gòu)的確定，對Fe/N/C非貴金屬催化劑反應(yīng)機(jī)理的研究，以及提高催化劑活性的方面，都具有很高的指導(dǎo)意義。該研究得到了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目（批準(zhǔn)號：2011CBA00504）和國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：51221264、21303226）資助。