揭示用于氧还原反应的 Fe-N-C 催化剂随电位变化的降解机制

随着我国氢能发展加快，解决铂基催化剂的高成本和资源匮乏等瓶颈问题，研究开发新型能源催化材料，对于质子交换膜燃料电池产业具有重要战略价值。

近日，中国科学院长春应用化学研究所邢巍教授课题组在国际期刊《SCIENCE CHINA Chemistry》（JCR一区）发表《Unraveling the Potential-dependent Degradation Mechanism in Fe-N-C Catalysts for Oxygen Reduction Reaction》论文（期刊已收稿），研究监测了氧还原反应（ORR）过程中电极的实时变化，揭示了Fe-N-C催化剂固有的电位依赖性降解机制。利用原位差分电化学质谱技术，确定了不同性能损失程度的3个不同电位区域。特别是在低电位下，观察到了碳腐蚀信号。理论计算和荧光探针实验证实，高电位下的降解机制主要是由克服碳氧化能量屏障的强氧化电位驱动的，而低电位下的降解主要是由ORR过程中产生的高浓度活性氧（ROS）引起的。该研究有助于全面了解各种降解机制之间的内在联系，并为提高Fe - N - C催化剂在PEMFC应用中的耐久性提供了新的思路。