为了提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）中非贵金属M-N_x/C催化剂的稳定性，近日，华中科技大学李箐教授报道了提出了一种有效而通用的策略，即通过提高金属离子与不同AA/MA比例的螯合聚合物--聚丙烯酸（PAA）均聚物和聚丙烯酸-马来酸（P(AA-MA)）共聚物之间的结合强度来提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)中非贵金属M-N_x/C催化剂的稳定性。

文章要点

1）研究发现，采用不同AA/MA比例的聚丙烯酸均聚物或聚丙烯酸-马来酸共聚物(P(AA-MA))作为螯合剂，在合成过程中可以通过调节Fe离子与聚合物的结合常数来控制最终催化剂中Fe-N键长和Fe-N的配位。X-射线吸收光谱和⁵⁷Fe-穆斯堡尔谱测量表明，优化后的P(AA-MA)-Fe-N催化剂（只含Fe-N₄部分）的平均Fe-N键长大于其对应催化剂（含有相当一部分Fe-N₂/N₃部分）。

2）实验结果表明，优化的P(AA-MA)(5-1)-Fe-N催化剂在0.5 m H₂SO₄中表现出异常的氧化还原活性，半波电位（E_1/2）为0.843 V（vs. RHE），在60 °C下循环5000次后，其稳定性仅为6 mV的 E_1/2漂移（vs. RHE），同时，P(AA-MA)(5-1)-Fe-N催化剂具有较高的ORR活性。更重要的是，催化剂具有较高的初始性能，0.6 V时电流密度为1.02 A cm⁻²，且具有较高的稳定性（0.55V恒压37 h后电流密度保持率达100%）。

3）该策略也适用于Co-N-C和Mn-N-C体系，为提高无PGM的M-N-C催化剂的稳定性提供了一种有效的、通用的方法。

参考文献

Zhengpei Miao, et al, Improving the Stability of Non-Noble-Metal M–N–C Catalysts for Proton-Exchange-Membrane Fuel Cells through M–N Bond Length and Coordination Regulation, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202006613

https://doi.org/10.1002/adma.202006613