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过渡金属和氮掺杂碳纳米管/石墨烯复合材料作为阴离子交换膜燃料电池阴极催化剂

Transition-Metal and Nitrogen-Doped Carbon Nanotube/Graphene Composites as Cathode Catalysts for Anion-Exchange Membrane Fuel Cells

Jaana Lilloja, Elo Kibena‐Põldsepp, Ave Sarapuu, Anastasiia Konovalova, Maike Käärik, Jekaterina Kozlova, Päärn Paiste, Arvo Kikas, Alexey Treshchalov, Jaan Aruväli, Andrea Zitolo, Jaan Leis, Aile Tamm, Vambola Kisand, Steven Holdcroft, Kaido Tammeveski · University of Tartu

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期刊 / 来源ACS Applied Energy Materials

卷/期/页6 / 10 / 5519-5529

DOI10.1021/acsaem.3c00613

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关键词：阴离子交换膜燃料电池过渡金属掺杂氮掺杂碳纳米管/石墨烯氧还原反应电催化剂碱性介质

摘要整理

制备了过渡金属和氮掺杂石墨烯类材料与碳纳米管(M-N-Gra/CNT)复合催化剂，并将其用作阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)的阴极催化剂。以三聚氰胺为氮源，廉价的铁盐和钴盐为金属前驱体，通过高温热解进行掺杂。多种物理化学分析方法证实了掺杂的成功，催化材料具有相似的织构特性。采用旋转圆盘电极法评估氧还原反应活性，结果表明Fe-N-Gra/CNT、Co-N-Gra/CNT和CoFe-N-Gra/CNT材料在碱性介质中具有相似的电催化性能和优异的短期稳定性，但HO₂⁻生成产率不同。以M-N-Gra/CNT材料为阴极催化剂，结合Aemion⁺增强型阴离子交换膜，燃料电池性能优异，特别是CoFe-N-Gra/CNT催化剂，性能可与Pt/C相媲美，最大功率密度达638 mW cm⁻²。M-N-Gra/CNT催化材料优异的燃料电池性能归因于M-Nₓ活性位点、碳包覆过渡金属纳米颗粒和含氮官能团的协同作用。

过渡金属和氮掺杂碳纳米管/石墨烯复合材料作为阴离子交换膜燃料电池阴极催化剂

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