目前，開發(fā)的無貴金屬（precious-group metal-free, PGM-free）催化劑用于燃料電池陰極氧還原反應(yīng)（ORR）時(shí)具有不錯(cuò)的活性，可縮小與現(xiàn)有Pt基材料的性能差距。然而，最先進(jìn)的PGM-free催化劑在商業(yè)中的應(yīng)用受到其相對較低的耐久性的阻礙。因此，研究燃料電池運(yùn)行中催化劑降解的方法對于了解耐久性問題以及提出最終的解決方案至關(guān)重要。
基于此，以色列巴伊蘭大學(xué)Lior Elbaz（通訊作者）等人報(bào)道了使用傅里葉變換交流伏安法（Fourier-transform alternating current voltammetry, FTacV）作為一種電化學(xué)方法，用于準(zhǔn)確量化PGM-free陰極催化劑的電化學(xué)活性位點(diǎn)密度，并在聚合物電解質(zhì)燃料電池運(yùn)行期間跟蹤它們的原位降解。
首先，作者證明了使用FTacV可以準(zhǔn)確測量電化學(xué)活性位點(diǎn)密度（electrochemical active site density, EASD）。為了進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)該技術(shù)的優(yōu)勢，作者跟蹤了燃料電池運(yùn)行期間商用FeNC催化劑的降解情況。根據(jù)FeNC催化劑中的ORR活性來自Fe(II)/Fe(III)氧化還原電對的假設(shè)，EASD應(yīng)與燃料電池中的電催化ORR活性成正比。因此，深入分析這些活性位點(diǎn)的電化學(xué)行為，可以揭示PGM-free催化劑在降解過程中所經(jīng)歷的過程。
通過實(shí)驗(yàn)測試，作者發(fā)現(xiàn)高次諧波與燃料電池性能相關(guān)，并且在耐久性測試期間這些降低，表明EASD損失不是唯一的催化劑降解機(jī)制。該工作中開發(fā)的方法可用于進(jìn)一步研究目前未知的降解途徑，同時(shí)作者團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行后續(xù)的工作，重點(diǎn)是各種陰極操作條件的影響，包括不同活性位點(diǎn)上高次諧波和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間的相關(guān)性。
Quantifying the electrochemical active site density of precious metal-free catalysts in situ in fuel cells. Nat. Catal., 2022, DOI: 10.1038/s41929-022-00748-9.
https://doi.org/10.1038/s41929-022-00748-9.
