新刊推荐 | Catal 论文 | 双氰胺改性策略实现Fe–N–C燃料电池催化剂高稳定性

研究性论文 

Catal 近期发表了一项来自北京化工大学曹达鹏研究团队的最新研究成果，报道了一种双氰胺（DCDA）改性的Fe–N–C电催化剂（Dicy/Fe–N–C）。该研究针对质子交换膜燃料电池（PEMFC）中非贵金属基催化剂稳定性不足这一关键瓶颈，通过在高温热解过程中引入DCDA，实现了铁活性位点与碳载体结构的协同优化，从而兼顾了高稳定性与优异氧还原反应性能。

关键要点

• 双氰胺促进高稳定性活性位点形成

DCDA改性显著提高了吡啶型FeN₄位点的比例，该类位点具有更强的抗脱金属化能力和抗自由基攻击能力，是催化剂稳定性的关键来源。

• 碳载体石墨化增强结构稳定性

该策略有效提升了碳材料的石墨化程度，增强催化剂在高电位条件下的抗腐蚀能力，有助于长期维持结构完整性。

• 抑制过氧化氢生成降低衰减风险

优化后的催化剂更倾向于四电子氧还原路径，从而降低H₂O₂生成，减少自由基对活性位点与碳骨架的破坏。

• 在电化学与器件层面均表现出优异耐久性

该催化剂在加速寿命测试及实际燃料电池测试中均表现出较小性能衰减，实现PEMFC条件下264小时稳定运行及长期循环后的有限功率损失。

• 性能达到并优于国际目标指标

基于该催化剂构建的膜电极组件在0.9 V下实现50.4 mA cm⁻²电流密度，超过美国能源部2025年无贵金属催化剂性能目标。

研究意义

本研究提出了一种简便有效的双氰胺改性策略，实现对Fe–N–C催化剂活性位点与碳载体结构的协同调控。

该工作从机理上缓解了铁位点脱落、碳腐蚀及过氧化物攻击等关键失效问题。

研究结果为开发高稳定性、可规模化的非贵金属基燃料电池催化剂提供了重要思路，有望推动PEMFC技术的进一步应用。

作者及单位

林旭^†，路站宽^†，赵洛颉^†，韩梦婷，汪雨婷，黄世清，凌浩*，黄燕*，Jimmy Yun，曹达鹏*

^† 以上作者贡献相同。

单位：

北京化工大学 有机无机复合材料国家重点实验室

湘潭大学 化学工程学院

青岛国际院士港研究院

新南威尔士大学 化学工程学院

通讯作者

凌浩（[email protected]）

黄燕（[email protected]）

曹达鹏（[email protected]）

期刊介绍

Catal 是Springer旗下一本专注于催化方向的开放获取新刊。这本期刊旨在发表具有独创意义的重要工作。期刊将以催化应用为导向，促进基础研究学者和工业工程师之间具有包容性的沟通，更加有效地发布有关创新技术和实际应用的重要研究成果。 

关于Catal

• 目标影响因子20 

• 优先考虑关键催化应用方向的研究工作 

• 关注青年研究人员 

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