科技工作者之家
科技工作者之家APP是专注科技人才,知识分享与人才交流的服务平台。
科技工作者之家 2019-10-23
非贵金属氧还原催化剂是解决燃料电池成本和贵金属资源短缺问题的必由之路,目前非贵金属氧还原催化剂的研究热点聚焦于单原子Fe-Nx/C材料。然而,在酸性介质中,Fe与中间产物H2O2通过Fenton反应产生强氧化性自由基(ROS),氧化活性位点周围的碳,削弱活性位点催化O2还原能力,致使Fe基催化剂稳定性差,有必要探究其他低Fenton反应性的金属中心。
近日,中国科学院长春应用化学研究所研究员邢巍、刘长鹏、葛君杰与中国科学院上海应用物理研究所研究员姜政合作,针对酸性介质中的氧还原电催化反应进行理性设计和精控制备,合成了性能优越的热解型单原子Cr/N/C氧还原催化剂。
该催化剂设计理念如下:热解型催化剂与大环化合物型催化剂的主要区别在于前者中C材料具有更强的吸电子特性,从而能降低催化剂d键中心,弱化对中间物种的吸附能。
因此,在大环化合物中,处于火山型曲线强吸附侧,因吸附过强而使得活性较差的金属中心有可能在热解型催化剂中表现出优异性能。
利用上述思路,结合对弱化Fenton活性的需求,有望筛选出活性与稳定性兼具的新型催化中心。基于上述思路,研究人员选择了在大环化合物中位于火山型曲线强吸附侧的Cr单位点型催化剂进行研究。
尽管早期工作发现铬酞菁的Cr-N4中心由于与O2结合过强而导致几乎没有催化活性,但该工作中Cr/N/C催化剂的Cr-N4位点并没有类似已报道的Fe/N/C和Ru/N/C的轴向O物种,而对应于D4h对称平面结构,说明热解型催化剂中金属中心电子结构的显著改变。
电化学结果表明,少量Cr源的引入即可引起产物氧还原催化性能极大提升。最重要的是,Cr/N/C具有极好的稳定性,显著优于Fe/N/C和Pt/C。通过对自由基检测发现Cr/N/C催化剂优异的稳定性在于Cr的Fenton反应活性很弱,避免了ROS的氧化危害。
该工作首次报道了热解型Cr/N/C显著的氧还原催化性能,确认了一种稳定的新型活性位点,并为彻底探究热解型M/N/C中M-Nx的催化机理引入了新模型。相关结果以HotPaper形式发表于《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition,2019,58,36,12469-12475)。
论文链接
单位点Cr-N4/C用作酸性介质中高效稳定的氧还原催化剂研究获进展
内容来源:中国科学院来源:中国科学院
原文链接:http://www.cas.cn/syky/201910/t20191022_4721072.shtml
版权声明:除非特别注明,本站所载内容来源于互联网、微信公众号等公开渠道,不代表本站观点,仅供参考、交流、公益传播之目的。转载的稿件版权归原作者或机构所有,如有侵权,请联系删除。
电话:(010)86409582
邮箱:kejie@scimall.org.cn
烹饪中的化学反应
化学家梦寐以求的五个化学反应
戴维:生活无处不化学,科学普及越早越好
化学反应中竟有电子运动
大连化物所锰基合成氨催化剂研究取得新进展----中国科学院
哈佛团队实现化学反应微观精确操控
塑料垃圾经简单化学反应“变废为宝”
【科普】烹饪中的化学反应
化学反应速率方程
干燥剂的化学反应