一种含有多孔碳（该多孔碳源自二氰二胺）的缺陷二维Fe–N–C纳米薄膜，可作为质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中有效的氧还原催化剂

《Journal of Materials Chemistry A》：A defective 2D Fe–N–C nanofilm embedded with porous carbon derived from dicyandiamide as an effective oxygen reduction catalyst for PEMFCs

采用金属盐辅助热解法从ZIF前驱体制备含缺陷的二维N掺杂碳薄膜（NCF），通过Fe3?吸附和DCDA辅助热解优化活性位点暴露及碳层孔隙结构，显著提升酸性条件下氧还原反应（ORR）半波电位至0.831 V（RHE），质子交换膜燃料电池（PEMFC）组件功率密度达845 mW cm?2，有效解决二维材料在PEMFC中团聚问题。

　　

具有高比表面积的二维（2D）材料被认为是制备高效Fe–N–C催化剂的有希望的前体，这些催化剂能够提高氧还原反应（ORR）的活性，从而降低质子交换膜燃料电池（PEMFC）中催化剂层（CL）的成本。然而，在制备MEA（膜电极组件）的过程中，2D材料容易发生团聚，这会损害PEMFC的性能。在这项研究中，我们采用了一种基于ZIF前体的超薄2D氮掺杂碳膜（NCF），通过金属盐辅助的热解方法制备了Fe–N–C催化剂。活性位点的形成是通过Fe^x+的吸附和二氰二胺（DCDA）辅助的热解来实现的。添加DCDA可以改善Fe的配位环境，并在催化剂表面形成缺陷，从而促进Fe活性位点的暴露。由DCDA制备的多孔碳颗粒在CL中形成了层次化的孔结构，有利于活性位点的利用。所得到的催化剂（NCF-Fe-DCDA）在酸性条件下表现出优异的ORR活性，其半波电位（E_1/2）为0.831 V_RHE。配备NCF-Fe-DCDA CL的MEA在H₂/O₂条件下表现出较低的质量传输过电位和845 mW cm^-2的显著功率密度。这项研究为PEMFC应用的2D Fe–N–C催化剂的合成提供了一种创新方法。