Improving Oxygen Electroreduction Efficiency of Porous Silicon‐based Catalysts via Atomic Iron Site‐Induced Lattice Expansion

催化作用 浸出(土壤学) 吸附 阴极 金属 纳米颗粒 化学工程 多孔性 氧气 化学 材料科学 氧化物 离解(化学) 无机化学 热处理 热分解 氧化铁 晶体结构 热稳定性 溶解 电化学 多相催化 烧结 电催化剂 热膨胀 协同催化 晶格常数 纳米 功率密度
作者
Man Wang,Jianming Liu,Xiangju Zhou,Changhao Liu,Jun Gu,Junfeng Zhang,Zhaosheng Li,Zhen‐Tao Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (50): e202516529-e202516529 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202516529
摘要

Developing non-noble metal-based catalysts as alternatives to precious metals for the 4 electron oxygen reduction reaction (ORR) in acidic conditions is crucial in advancing practical proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) technology. A significant challenge in designing these electrocatalysts is to suppress metal leaching and optimize the adsorption and dissociation free energy of oxygen intermediates during the reaction. Herein, a carbon-encapsulated porous silicon (Si) featuring single iron (Fe) sites was developed as an effective ORR catalyst through a one-step thermal reduction process using silica nanoparticles as precursors. This catalyst exhibited both impressive activity with half-wave potentials (E1/2) of 0.88 V and 0.95 V, alongside robust stability showing minimal decay of 7 and 4 mV after 40,000 potential cycles under acidic and alkaline conditions, respectively. Additionally, as a cathode catalyst in PEMFCs, it reached a peak power density of 0.63 W cm-2 in a 1.0 bar H2-O2 condition, while maintaining notable durability at a constant potential of 0.5 V over a duration of 100 h. Spectroscopic characterizations and theoretical calculations demonstrated that iron atoms were effectively integrated into the crystal lattice of porous Si, resulting in the formation of stable Si─Fe bonds that inhibited the leaching of Fe and the formation of *OOH intermediates, thereby enhancing the ORR performance. This approach facilitates the design of efficient and stable ORR catalysts, which hold significant implications for the advancement of next-generation PEMFCs.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
阿莫仙完成签到,获得积分10
刚刚
Benjamin发布了新的文献求助10
1秒前
柚柚柚完成签到 ,获得积分10
1秒前
今后应助闫111采纳,获得10
1秒前
真圆完成签到 ,获得积分10
1秒前
2秒前
2秒前
苹果听蓉完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
华仔应助laizizhandi采纳,获得10
3秒前
4秒前
冷静梦竹完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
6秒前
唐11发布了新的文献求助30
7秒前
vavel发布了新的文献求助10
7秒前
9秒前
RRR发布了新的文献求助10
9秒前
Benjamin完成签到,获得积分10
9秒前
王科完成签到,获得积分10
9秒前
Orange应助笑点低的绿草采纳,获得30
10秒前
薰衣草发布了新的文献求助10
10秒前
希望天下0贩的0应助核桃采纳,获得10
12秒前
科研通AI6.4应助核桃采纳,获得10
12秒前
12秒前
Nole应助核桃采纳,获得10
12秒前
慕青应助核桃采纳,获得10
12秒前
深情安青应助核桃采纳,获得10
12秒前
Orange应助核桃采纳,获得10
12秒前
诸葛藏藏发布了新的文献求助10
12秒前
stlibhgq应助KBRS采纳,获得10
14秒前
李爱国应助豆腐采纳,获得10
16秒前
Harry完成签到,获得积分10
16秒前
18秒前
青梧衔云完成签到,获得积分10
18秒前
19秒前
聪明的寄灵完成签到,获得积分10
19秒前
20秒前
悦耳雪巧完成签到 ,获得积分10
21秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Rosenblum, Global Change Biology 500
CLSI VET01S-2024 Performance Standards for Antimicrobial Disk and Dilution Susceptibility Tests for Bacteria Isolated From Animals (7th Ed) 500
DIPPR Project 801 - Full Version 380
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7767737
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9311262
关于积分的说明 20322524
捐赠科研通 7352659
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3315451
关于科研通互助平台的介绍 2464733
邀请新用户注册赠送积分活动 2330087