质子交换膜燃料电池中用于氧还原反应（ORR）阴极的原子分散金属-氮-碳（M-N-C）催化剂的催化活性和耐久性的提高仍然是一个巨大的挑战。

近日，美国纽约州立大学布法罗分校武刚教授，路易斯安那大学拉斐特分校Ling Fei，卡内基梅隆大学Shawn Litster，橡树岭国家实验室David A. Cullen报道了通过电纺丝将掺钴沸石咪唑骨架引入到聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮聚合物中，合成了一种高效、耐用的Co-N-C纳米纤维催化剂。

文章要点

1）独特的多孔纤维形貌和层次化结构暴露了更多的活性中心，提供了方便的电子传导性，促进了反应物的质量传输，在提高电极性能方面起着至关重要的作用。本征活性的增强归因于CoN₄部分周围额外的石墨化N掺杂。同时，催化剂中高度石墨化的碳基体有利于提高碳的耐蚀性，从而提高催化剂的稳定性。此外，独特的纳米级X射线计算机断层扫描验证了离聚体在催化剂中整个纤维碳网络中的均匀覆盖。

2）膜电极组件在实际氢气/空气电池（1.0 bar）具有高达0.40 W cm⁻²的功率密度，并在加速稳定性测试中显示出显著增强的耐用性。

单一钴位点固有的活性和稳定性，加上独特的催化剂结构，为设计性能和耐久性更高的高效无PGM电极提供了新的见解。

Yanghua He, et al, Single Cobalt Sites Dispersed in Hierarchically Porous Nanofiber Networks for Durable and High-Power PGM-Free Cathodes in Fuel Cells, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202003577

https://doi.org/10.1002/adma.202003577