Ultralow‐Loading Ruthenium–Iridium Fuel Cell Catalysts Dispersed on Zn–N Species‐Doped Carbon

催化作用 阳极 材料科学 金属 纳米颗粒 碳纤维 吸附 质子交换膜燃料电池 无机化学 化学工程 化学 纳米技术 物理化学 复合数 冶金 电极 有机化学 复合材料 工程类
作者
Pin Meng,Wei Zheng,Hongda Shi,Jiahe Yang,Peichen Wang,Yunlong Zhang,Xingyan Chen,Cichang Zong,Pengcheng Wang,Zhiyu Cheng,Yang Yang,Dongdong Wang,Qianwang Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (35): e2401404-e2401404 被引量:10
标识
DOI:10.1002/smll.202401404
摘要

Abstract Developing low‐loading platinum‐group‐metal (PGM) catalysts is one of the key challenges in commercializing anion‐exchange‐membrane‐fuel‐cells (AEMFCs), especially for hydrogen oxidation reaction (HOR). Here, ruthenium–iridium nanoparticles being deposited on a Zn–N species‐doped carbon carrier (Ru 6 Ir/Zn–N–C) are synthesized and used as an anodic catalyst for AEMFCs. Ru 6 Ir/Zn–N–C shows extremely high mass activity (5.87 A mg PGM −1 ) and exchange current density (0.92 mA cm −2 ), which is 15.1 and 3.9 times that of commercial Pt/C, respectively. Based on the Ru 6 Ir/Zn–N–C AEMFCs achieve a peak power density of 1.50 W cm −2 , surpassing the state‐of‐the‐art commercial PtRu catalysts and the power ratio of the normalized loading is 14.01 W mg PGM anode −1 or 5.89 W mg PGM −1 after decreasing the anode loading (87.49 µg cm −2 ) or the total PGM loading (0.111 mg cm −2 ), satisfying the US Department of Energy's PGM loading target. Moreover, the solvent and solute isotope separation method is used for the first time to reveal the kinetic process of HOR, which shows the reaction is influenced by the adsorption of H 2 O and OH − . The improvement of the hydrogen bond network connectivity of the electric double layer by adjusting the interfacial H 2 O structure together with the optimized HBE and OHBE is proposed to be responsible for the high HOR activity of Ru 6 Ir/Zn–N–C.
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