尽管Fe-N-C催化剂在质子交换膜燃料电池（PEMFCs）寿命初期具有良好的活性，但其在PEMFCs中较差的运行耐久性仍然是有效替代商用铂基催化剂的一个巨大挑战。operando耐久性差的一个关键原因是碳载体在酸性介质H₂O₂中通过铁中心和氧还原反应（ORR）中间产物之间的类芬顿反应导致表面氧化。

近日，韩国光州科学技术院Chang Hyuck Choi，法国蒙彼利埃大学Frédéric Jaouen报道了在不同的pH条件下，研究了H2O2诱导Fe-N-C催化剂的ORR失活。

文章要点

1）实验结果显示，酸性H₂O₂处理会导致严重的ORR活性下降，这与催化剂表面的部分氧化有关。当pH 为2时，达到最大失活程度。然后随着pH值大于 2，失活程度随着H₂O₂处理溶液中pH的增加而连续降低。在覆盖了整个pH范围(0-14)中，研究人员发现H₂O₂诱导的失活具有很强的pH依赖性。尤其是酸性H2O2处理导致ORR活性严重下降，而在足够强的碱性电解液中处理后，ORR活性几乎可以忽略不计。

2）电子顺磁共振(EPR)研究表明，芬顿(类)反应产生的·DMPO-OH自旋加合物的浓度与失活趋势具有良好的相关性，而活性氧物种(ROS)，如羟基自由基，被认为是Fe-N-C催化剂在酸性到中性pH环境下运行的关键失活剂。

3）研究结果表明，在一定pH值下控制ROS的形成和寿命是保证Fe-N-C阴极燃料电池持久运行的关键。另外，在高碱性环境下运行燃料电池也可以考虑通过不同的芬顿(类)反应途径来提高催化剂的耐久性。

Geunsu Bae, et al, pH effect on the H₂O₂-induced deactivation of Fe-N-C catalysts, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c00948

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c00948