Recent advances and trends of single-atom catalysts for proton exchange membrane fuel cell cathodes

质子交换膜燃料电池 催化作用 电化学 阴极 杂原子 纳米技术 材料科学 电催化剂 贵金属 化学 铂金 碳纳米管 化学工程 电极 有机化学 工程类 物理化学 戒指(化学)
作者
Zihao Wan,Feng Liu,Hongfei Xu,Shuaili Zhao,Zhen An,Zizai Ma,Zhonghua Zhang,Yun Wu,Xiaoguang Wang
出处
期刊:ChemPhysMater 卷期号:3 (2): 143-156 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.chphma.2023.12.002
摘要

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), which have the advantages of high-power density, zero emission, and low noise, are considered ideal electrochemical conversion systems for converting hydrogen (H2) and oxygen (O2)/air into electricity. However, the oxygen reduction reaction (ORR), which is accompanied by multiple electrons, results in voltage loss and low conversion efficiency of PEMFCs. Currently, PEMFCs mainly use high-load precious platinum (Pt) to promote the ORR process; however, the high cost of Pt hinders the widespread commercialization of PEMFCs. Over the past few years, metal–nitrogen–carbon single-atom catalysts (M–N–C SACs) have attracted considerable attention and have been recognized as potential Pt-based catalysts owing to their outstanding ORR activity. This review briefly introduces the components of PEMFCs. Second, we discuss the catalytic mechanisms of the M–N–C SACs for the ORR. Third, the latest advances in noble, non-noble, and heteroatom-doped M–N–C SACs used as ORR and PEMFCs cathode catalysts are systematically reviewed. In summary, we have outlined the current challenges and proposed a future perspective of M–N–C SACs for PEMFCs cathodes.
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