電気化学：湾曲した担体上の単一原子Fe触媒による酸性酸素還元

高コスト効率のプロトン交換膜燃料電池向けに、高活性で高耐久性の電極触媒を開発することは困難である。Fe/N–C触媒は、白金族金属触媒に代わる最も有望な代替触媒の1つであるが、酸素化反応中間体の強い吸着と、フェントン反応に起因するFe種の脱金属化のために、その活性と耐久性はまだ性能基準に達していない。今回我々は、二次元カーボン層上に分散させた数多くのナノ突起の内側曲面内に主として単一Fe原子部位が組み込まれた、新しいタイプのFe/N–C触媒を設計・開発した。グラファイト化されたナノ突起の外側カーボン層によって、酸素化反応中間体の結合強度が効果的に弱まるだけでなく、ヒドロキシルラジカル生成速度も低減する。結果として、今回のFe/N–C触媒は、白金族金属フリーのプロトン交換膜燃料電池としては最良級の性能をもたらし、1.0 barのH₂–空気の下で0.75 W cm⁻²という記録的に高い電力密度を達成し、300時間以上連続動作させた後も86％の活性を維持した。

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