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Fe–Sn–N–C Catalysts: Advancing Oxygen Reduction Reaction Performance

Buschermöhle, Julia und Müller-Hülstede, Julia und Schmies, Henrike und Schonvogel, Dana und Zierdt, Tanja und Lucka, Rene und Renz, Franz und Wagner, Peter und Wark, Michael (2025) Fe–Sn–N–C Catalysts: Advancing Oxygen Reduction Reaction Performance. ACS Catalysis (15), Seiten 4477-4488. American Chemical society (ACS). doi: 10.1021/acscatal.4c06338. ISSN 2155-5435.

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Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c06338

Kurzfassung

High-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs) typically rely on platinum-based catalysts, which require high loadings due to Pt deactivation by phosphates from the phosphoric acid-doped membrane. As alternative catalysts for the oxygen reduction reaction, metal−nitrogen-carbons (M−N−Cs) are promising due to their high intrinsic activity and tolerance to phosphates. However, low volumetric activitycompared to Pt nanoparticles on carbon blacks (Pt/C) and insufficient stability limit their applicability. In order to enhance the stability and activity of Fe−N−Cs, this study investigates the incorporation of tin as a second metal, resulting in Fe−Sn−N−Cs, prepared by a metal−organic framework (MOF)-based approach. Stable and highly active catalysts with total mass activities of 8.2 A g−1 (Fe−Sn−N−C (1:1)) and 19.3 A g−1 (Fe−Sn−N−C (1:0.3)) in 0.5 mol L−1 H3PO4, drastically exceeding those of the commercial Fe−N−C catalyst PMF-014401 (Pajarito-Powder, 4.8 A g−1), are obtained by a synthesis without the need for subsequent purification steps. A stress test under harsh conditions (0.6−1.0 VRHE, 10,000 cycles, O2-saturated electrolyte) ascertains stability-enhancing effects of tin, highlighting an increase in stability in conjunction with the tin content. These results provide a valuable contribution to the development of cost-effective HT-PEMFCs by significantly enhancing the catalytic activity of platinum group metal-free catalysts.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213151/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Fe–Sn–N–C Catalysts: Advancing Oxygen Reduction Reaction Performance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Buschermöhle, Juliajulia.buschermoehle (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0414-9756180415986
Müller-Hülstede, JuliaJulia.Huelstede (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7822-8425NICHT SPEZIFIZIERT
Schmies, HenrikeHenrike.Schmies (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6565-1280NICHT SPEZIFIZIERT
Schonvogel, DanaDana.Schonvogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2485-740XNICHT SPEZIFIZIERT
Zierdt, TanjaTanja.Zierdt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1527-199X180415988
Lucka, Renerene.lucka (at) acd.uni-hannover.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Renz, Franzfranz.renz (at) acd.uni-hannover.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, Peterp.wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5644-9881NICHT SPEZIFIZIERT
Wark, Michaelmichael.wark (at) uni-oldenburg.dehttps://orcid.org/0000-0002-8725-0103NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2 März 2025
Erschienen in:ACS Catalysis
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1021/acscatal.4c06338
Seitenbereich:Seiten 4477-4488
Verlag:American Chemical society (ACS)
ISSN:2155-5435
Status:veröffentlicht
Stichwörter:PEM fuel cells, oxygen reduction reaction, non-PGM catalysts, metal organic frameworks, multimetallic catalysts, M−N−C, rotating ring disc electrode
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Buschermöhle, Julia
Hinterlegt am:19 Mär 2025 15:24
Letzte Änderung:24 Mär 2025 13:44

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