碳负载和氮配位的单Mn位点（Mn−N−C）催化剂因其不显著的Fenton反应（与Fe相比）、储量丰富（与Co相比）以及良好的活性和稳定性而成为质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中最理想的非铂族金属（PGM）阴极催化剂。然而，目前的Mn−N−C催化剂仍存在本征活性低，MnN4位密度较低，而过电位高的问题。

近日，美国纽约州立大学布法罗分校武刚教授，匹兹堡大学Guofeng Wang，俄勒冈州立大学冯振兴教授，Giner Inc.公司Hui Xu报道了一种通过有效的吸附-热解工艺合成的硫（S）掺杂的Mn−N−C催化剂（Mn−N−C−S）。

文章要点

1）研究人员利用电子显微镜和X射线吸收光谱技术揭示了Mn−N−C−S 中MnN₄位点的均匀分散，证实了S掺杂对Mn−N配位的影响。

2）与不含S的Mn−N−C催化剂相比，Mn−N−C−S催化剂在酸性介质中表现出良好的氧还原反应（ORR）活性。相应的膜电极组件在真实的H₂/空气环境下实现了峰值功率密度为500 mW cm⁻²的增强性能。此外，燃料电池的恒压试验证实，Mn−N−C−S催化剂相比于Fe−N−C和Fe−N−C−S催化剂，稳定性得到了很大提高。

3）研究人员利用电子显微镜和傅立叶变换XAS分析，揭示了Mn−N−C−S催化剂中与锰氧化和团聚相关的催化剂降解原因。此外，理论计算表明，Mn−N−C−S催化剂出的的ORR活性的主要原因是ORR中间体与相邻S掺杂之间的排斥作用所产生的空间效应。

参考文献

Lin Guo, et al, Promoting Atomically Dispersed MnN₄ Sites via Sulfur Doping for Oxygen Reduction: Unveiling Intrinsic Activity and Degradation in Fuel Cells, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c10637

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10637