Activity Enhancement of Metal-Oxynitride Catalysts in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Cathodes by Heteroatom-Doping and Defect-Incorporation

通过杂原子掺杂和缺陷掺入增强聚合物电解质膜燃料电池阴极金属氮氧化物催化剂的活性

基本信息

项目摘要

Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFCs) have long been expected as energy conversion devices in many applications; recently, particular interest has focused on their use in vehicles. In this study, metal-oxynitrides without using platinum-group metals were developed for use as the oxygen reduction reaction (ORR) catalyst in PEMFC cathodes. Active sites for an ORR and the reaction mechanism in hafnium oxynitride nanoparticles supported on carbon black (HfO_xN_y-C) were investigated. The results indicated that at least, nitrogen atoms in HfO_xN_y are necessary for maximizing the ORR activity. Further, the ORR activity of the HfO_xN_y-C catalysts increased with increasing crystallinity of the Hf_2ON_2 phase in the HfO_xN_y particles. Then, carbon supports and titanium oxynitride catalysts were developed. The maximum onset potential for ORR obtained from the best catalyst was above 90% of that of carbon-supported platinum.
聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)长期以来一直被视为许多应用中的能量转换装置;最近,人们特别感兴趣的是它们在车辆中的应用。在这项研究中,开发了不使用铂族金属的金属氮氧化物,用作 PEMFC 阴极中的氧还原反应 (ORR) 催化剂。研究了炭黑负载的氮氧化铪纳米粒子 (HfO_xN_y-C) 的 ORR 活性位点和反应机制。结果表明,至少 HfO_xN_y 中的氮原子对于最大化 ORR 活性是必要的。此外,HfO_xN_y-C催化剂的ORR活性随着HfO_xN_y颗粒中Hf_2ON_2相结晶度的增加而增加。然后,开发了碳载体和氮氧化钛催化剂。最好的催化剂获得的 ORR 最大起始电位高于碳载铂的 90%。

项目成果

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ハフニウム酸窒化物担持カーボン触媒の酸素還元活性向上に関する研究
提高氮氧化铪负载碳催化剂氧还原活性的研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    T. Thurakitseree;E. Einarsson;R. Xiang;P. Zhao;S. Aikawa;S. Chiashi;J. Shiomi;S. Maruyama;千坂光陽,鈴木雄太,他3名
  • 通讯作者:
    千坂光陽,鈴木雄太,他3名
Active Sites for Oxygen Reduction Reaction and the Reaction Mechanism in Carbon-Supported Hafnium Oxynitride
  • DOI:
    10.1149/2.004201eel
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Chisaka;Yuta Suzuki;T. Iijima;Yuki Ishihara;R. Inada;Y. Sakurai
  • 通讯作者:
    M. Chisaka;Yuta Suzuki;T. Iijima;Yuki Ishihara;R. Inada;Y. Sakurai
Effect of Synthesis Route on Oxygen Reduction Reaction Activity of Carbon-Supported Hafnium Oxynitride in Acid Media
  • DOI:
    10.1021/jp2068107
  • 发表时间:
    2011-10-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Chisaka, Mitsuharu;Suzuki, Yuta;Sakurai, Yoji
  • 通讯作者:
    Sakurai, Yoji
Synthesis of Carbon-Supported Titanium Oxynitride Nanoparticles as Cathode Catalyst for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells
碳载氮氧化钛纳米粒子的合成作为聚合物电解质膜燃料电池阴极催化剂
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mitsuharu Chisaka*;Akimitsu Ishihara;Ken-ichiro Ota;and Hirokazu Muramoto
  • 通讯作者:
    and Hirokazu Muramoto
ハフニウム - ジルコニウム酸窒化物担持カーボン触媒における酸素還元活性の組成依存性
铪-氮氧化锆负载碳催化剂中氧还原活性的成分依赖性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    鈴木雄太*;千坂光陽;稲田亮史;櫻井庸司
  • 通讯作者:
    櫻井庸司
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