王军虎研究员团队利用穆斯堡尔谱揭示燃料电池非贵金属催化剂性能衰退机制

youjiang

近日，我所醇类燃料电池及复合电能源研究中心（DNL0305组）孙公权研究员和王素力研究员团队与能源研究技术平台穆斯堡尔谱研究组（DNL2005组）王军虎研究员团队合作，在燃料电池非贵金属催化剂性能衰退机制研究方面取得新进展。合作团队结合电化学、穆斯堡尔谱和理论模拟等方法，揭示了在真实电化学环境中，活性位点结构及其演变对催化剂稳定性的影响机制。
　　发展高效的非贵金属催化剂有助于降低燃料电池成本，推动其商业化应用。目前非贵金属催化剂在质子交换膜燃料电池（直接/高温甲醇燃料电池、氢/空燃料电池）中普遍存在稳定性差的问题，但对于其性能衰退机制仍缺乏分子尺度的深入机理阐释。

　　本工作中，合作团队在前期高活性铁（Fe）基非贵金属催化剂研究的基础上（Appl. Catal. B-Environ.，2019；J. Mater. Chem. A，2020；ACS Appl. Mater. Interfaces，2021），利用非原位/原位穆斯堡尔谱技术和密度泛函理论计算，研究了Fe原子配位环境差异对活性和稳定性的影响，分析了活性位点在真实电化学环境中的微观结构演变过程，并结合第一性原理分子动力学模拟，揭示了反应条件、结构演变、稳定性之间的内在关联。研究结果表明，高活性的FeN4C8配位结构易发生脱金属，导致其性能衰减，而氧还原反应中间体的吸附和双电层电场的诱导对此有显著加剧作用。
　　相关研究成果以“Investigation on the Demetallation of Fe-N-C for Oxygen Reduction Reaction: The Influence of Structure and Structural Evolution of Active Site”为题，发表在《应用催化B：环境》（Applied Catalysis B: Environmental）上。该工作的共同第一作者是我所DNL0305组许新龙博士和张晓明副研究员。上述工作得到国家自然科学基金青年基金、博士后基金面上资助等项目的支持。（文/图 许新龙）
　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121290


      文章来源：大连化物所
      王军虎，中国科学院大连化学物理研究所研究员。1968年生，甘肃敦煌市人。1991年毕业于兰州大学现代物理系放射化学专业，1994年赴日留学，2002年获日本东邦大学理学博士学位 (与日本原子力研究所联合培养)。毕业后先后在日本物质材料研究机构、产业技术综合研究所、中京大学、野浪科学株式会社从事光催化复合材料和穆斯堡尔谱学的研究。2007年至今在中国科学院大连化学物理研究所工作,为中国科学院引进国外杰出人才“百人计划”入选者。2009年当选国际穆斯堡尔谱学应用研究领域新领军人物（共11人，为唯一亚洲代表）。2010年任国际穆斯堡尔数据中心秘书长，Mössbauer Effect Reference and Data Journal (ISSN0163-9587)责任编辑。2011年任中国核物理学会理事及穆斯堡尔专业委员会委员。2012年做为负责人主办第8届穆斯堡尔效应工业应用国际会议（ISIAME2012），参加中澳青年科学家交流计划。目前主要从事原位穆斯堡尔谱学在化学和催化中的应用、新型铁基•锡基多相催化材料、光催化纳米复合材料和羟基磷灰石基功能材料的开发及其在环境和能源领域的应用等研究。