CN115548351A - 一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂及其制备方法和应用。所述制备方法包括：将氯铂酸、过渡金属盐、胺类化合物和溶剂均匀混合后，形成混合体系；将混合体系蒸干，研磨，得到前驱体粉末；将前驱体粉末置于高温炉中于惰性气体中煅烧，且煅烧后洗涤至中性，干燥，获得所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂。本发明通过简单的一步法制备得到氮掺杂碳纳米管包覆的Pt‑M合金催化剂，Pt‑M合金纳米粒子被氮掺杂的碳纳米管很好的保护起来，防止了纳米粒子的团聚和外界的侵蚀；氮掺杂碳纳米管结构能提高催化剂电子传输速率，加快反应的进行，形成的中空管结构也提高了催化剂比表面积，暴露更多的活性位点，大大提升了催化剂的催化性能。

Description

一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着化石能源的大量开采利用，造成化石能源日益枯竭，并且带来环境污染等问题。发展清洁能源能够有效的缓解环境污染和能源危机问题。质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells，PEMFCs)由于其采用氢气和氧气为燃料，其最终产物为水。并且氢气和氧气能够通过电解水产生，形成水循环能源。PEMFCs具有高能源转化效率、零排放、快速启动等特点受到广泛的关注，也成为发展最后迅速的新能源之一。然而，用于实际应用的质子交换膜燃料电池的商业化仍受到其电极催化剂的高成本和低稳定性的限制。
催化剂是PEMFCs的核心组成部分，目前来说，质子交换膜燃料电池目前40％以上的成本来自于燃料电池电堆的铂催化剂。碳载铂催化剂(Pt/C)是质子交换膜燃料电池中最广泛使用的阳极和阴极催化剂。在各种类型的载体材料中，炭黑(VulcanXC-72)由于其高导电性和高比表面积而被广泛用于质子交换膜燃料电池中，但是在实际燃料电池加湿、高电压条件下运行，炭黑会受到碳腐蚀，导致铂纳米粒子的损失；同时，由于铂纳米粒子和碳载体之间的弱相互作用导致铂的迁移和聚集使铂纳米粒子活性位点的损失，导致长期操作后催化活性的不可避免损失。替代碳黑载体的碳纳米管和石墨烯材料，已经被广泛研究，由于高度石墨化的结构，其表现出更高的抗碳腐蚀能力，但是铂纳米粒子还是暴露在外面，导致铂的团聚，使催化剂活性衰减较大。催化剂决定了燃料电池装置的寿命和成本，由于铂价格较高、储量有限，大大限制了其广泛的应用。
基于目前质子交换膜燃料电池所用的催化剂存在的技术缺陷，有必要对此进行改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂及其制备方法和应用，以克服现有技术中存在的不足。
为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，包括：
将氯铂酸、过渡金属盐、胺类化合物和溶剂均匀混合后，形成混合体系；
将混合体系蒸干，研磨，得到前驱体粉末；
将前驱体粉末置于高温炉中于惰性气体中煅烧，且煅烧后洗涤至中性，干燥，获得所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂；
其中，所述胺类化合物包括双氰胺、三聚氰胺或尿素中的任意一种。
进一步地，所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，包括：将前驱体粉末置于高温炉中，于惰性气体中以1～10℃/min速率升温至300～500℃并煅烧1～3h，再以1～10℃/min速率升温至600～1000℃并煅烧1～6h。
进一步地，所述氯铂酸、过渡金属盐与胺类化合物的摩尔比为(1～5)∶(1～5)∶(10～100)。
进一步地，所述蒸干的温度为50～120℃。
本发明实施例还提供了由前述方法制备而成的碳纳米管限域型燃料电池催化剂。
本发明实施例还提供了前述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂在质子交换膜燃料电池的阳极或阴极中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，通过将前驱体先在低温下加热，含有碳、氮的有机前驱体会剧烈分解成有机蒸气，容易被嵌入过渡金属盐和氯铂酸热解得到的过渡金属(铁钴镍)和铂形成的Pt-M(Fe、Co、Ni)合金纳米粒子捕获，这些纳米颗粒可作为碳纳米片在较高温度(600～1000℃)生长氮掺杂碳纳米管的催化剂，催化氮掺杂碳纳米管的生长，同时氮源有机前驱体实现了氮掺杂；其中Pt与过渡金属之间形成合金结构，结果形成了氮掺杂碳纳米管紧密贴合封装Pt-M合金纳米粒子的形貌；由于碳源充足，相对于较少的Pt-M合金纳米粒子，碳纳米管被催化得更长；另外，在更高温度下进行的热解下原位形成了较大的Pt-M合金纳米粒子，促进了更大外径的碳纳米管的生长，从而形成了直径相对较大的碳纳米管；氮掺杂碳纳米管由于氮掺杂改变了碳纳米管完整的结构，造成了一些缺陷，而这些缺陷成为阴极氧还原反应(ORR)的活性位点，有利于ORR反应；氮掺杂有利于Pt纳米粒子的负载，改变Pt的外层电子的排布，从而降低了其对活性物种的吸附，进而促进了反应速率的进行；同时，采用多元合金催化剂，既能减少贵金属Pt的含量降低成本，又能通过“协同效应”进一步提高催化剂催化性能和稳定性；本发明制备催化剂过程也具有方法简单、操作易控制、催化剂相对价廉、绿色环保等优点。
(2)通过本发明方法制备而成的碳纳米管限域型燃料电池催化剂，由于这种独特的结构，在强酸、高电压条件下具有优异的稳定性，因为Pt-M合金纳米粒子被氮掺杂的碳纳米管很好的保护起来，防止了纳米粒子的团聚和外界的侵蚀；此外，异质界面的铂电子构型还可以通过氮掺杂来进一步调节，从而进一步提高催化剂的催化活性；另一方面，氮掺杂碳纳米管结构能提高催化剂电子传输速率，加快反应的进行，形成的中空管结构也提高了催化剂比表面积，暴露更多的活性位点，大大提升了催化剂的催化性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a和图1b为本申请实施例1制备得到的燃料电池催化剂的扫描电镜图。
图2为本申请实施例1制备得到的燃料电池催化剂的X射线衍射图谱。
图3为本申请实施例1制备得到的燃料电池催化剂的透射电镜图(TEM)。
图4为本申请实施例1制备得到的燃料电池催化剂的Mapping元素分析图，其中，图a是扫描透射电子显微镜高角环形暗场像图(HAADF-STEM)，图b-e，分别是C、N、Ni和Pt的元素分布图，图f是不同元素组合在一起的元素分布图。
图5为实施例1制备得到的燃料电池催化剂和商业20wt％Pt/CB催化剂、以及制备的PtNi合金负载在多壁碳纳米管催化剂的氧还原曲线图。
具体实施方式
通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
鉴于现有技术中存在的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是通过简单的一步法制备得到氮掺杂碳纳米管包覆的Pt-M合金催化剂，使Pt-M合金纳米粒子被氮掺杂的碳纳米管很好的保护起来，防止纳米粒子的团聚和外界的侵蚀。如下将对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，包括：
将氯铂酸、过渡金属盐、胺类化合物和溶剂均匀混合后，形成混合体系；
将混合体系蒸干，研磨，得到前驱体粉末；
将前驱体粉末置于高温炉中于惰性气体中煅烧，且煅烧后洗涤至中性，干燥，获得所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂；
其中，所述胺类化合物包括双氰胺、三聚氰胺或尿素中的任意一种。
在一些优选实施例中，所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，包括：将前驱体粉末置于高温炉中，于惰性气体中以1～10℃/min速率升温至300～500℃并煅烧1～3h，再以1～10℃/min速率升温至600～1000℃并煅烧1～6h。
在一些优选实施例中，所述惰性气体可以包括氮气或氩气，但不局限于此。
在一些优选实施例中，所述氯铂酸、过渡金属盐与胺类化合物的摩尔比为(1～5)∶(1～5)∶(10～100)。
在一些优选实施例中，所述过渡金属盐可以包括镍盐、铁盐、钴盐等中的任意一种，但不局限于此。
在一些更为优选的实施例中，所述镍盐可以包括硝酸镍、氯化镍、醋酸镍、硫酸镍等中的任意一种，但不局限于此。
在一些更为优选的实施例中，所述铁盐可以包括硝酸铁、氯化铁、醋酸铁、硫酸铁等中的任意一种，但不局限于此。
在一些更为优选的实施例中，所述钴盐可以包括硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、硫酸钴等中的任意一种，但不局限于此。
在一些优选实施例中，所述溶剂可以包括水、甲醇、乙醇等中的任意一种或两种以上，但不局限于此。
在一些优选实施例中，所述蒸干的温度为50～120℃。
在一些优选实施例中，所述洗涤包括先使用酸溶液洗涤，再使用水洗涤，其中，所述酸溶液包括浓度为(0.5～2)mol/L的盐酸或硫酸溶液。
本发明实施例通过将前驱体先在低温下加热，含有碳、氮的有机前驱体会剧烈分解成有机蒸气，容易被嵌入过渡金属盐和氯铂酸热解得到的过渡金属(铁钴镍)和铂形成的Pt-M(Fe、Co、Ni)合金纳米粒子捕获，这些纳米颗粒可作为碳纳米片在较高温度(600～1000℃)生长氮掺杂碳纳米管的催化剂，催化氮掺杂碳纳米管的生长，同时氮源有机前驱体实现了氮掺杂；其中Pt与过渡金属之间形成合金结构，结果形成了氮掺杂碳纳米管紧密贴合封装Pt-M合金纳米粒子的形貌；由于碳源充足，相对于较少的Pt-M合金纳米粒子，碳纳米管被催化得更长；另外，在更高温度下进行的热解下原位形成了较大的Pt-M合金纳米粒子，促进了更大外径的碳纳米管的生长，从而形成了直径相对较大的碳纳米管；氮掺杂碳纳米管由于氮掺杂改变了碳纳米管完整的结构，造成了一些缺陷，而这些缺陷成为阴极氧还原反应(ORR)的活性位点，有利于ORR反应；氮掺杂有利于Pt纳米粒子的负载，改变Pt的外层电子的排布，从而降低了其对活性物种的吸附，进而促进了反应速率的进行；同时，采用多元合金催化剂，既能减少贵金属Pt的含量降低成本，又能通过“协同效应”进一步提高催化剂催化性能和稳定性。
本发明实施例的另一个方面提供了由前述方法制备而成的碳纳米管限域型燃料电池催化剂。
通过本发明实施例制备得到的氮掺杂碳纳米管限域铂合金燃料电池催化剂，由于这种独特的结构，在强酸、高电压条件下具有优异的稳定性，因为Pt-M合金纳米粒子被氮掺杂的碳纳米管很好的保护起来，防止了纳米粒子的团聚和外界的侵蚀；此外，异质界面的铂电子构型还可以通过氮掺杂来进一步调节，从而进一步提高催化剂的催化活性；另一方面，氮掺杂碳纳米管结构能提高催化剂电子传输速率，加快反应的进行，形成的中空管结构也提高了催化剂比表面积，暴露更多的活性位点；在提升催化剂的催化性能的同时，本发明制备催化剂过程也具有方法简单、操作易控制、催化剂相对价廉、绿色环保等优点。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂在质子交换膜燃料电池的阳极或阴极中的应用。
以下进一步以具体实施例说明本申请的燃料电池催化剂的制备方法。
实施例1
一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1.232g H2PtCl6和0.24g NiCl2·6H2O以及5.376g双氰胺溶于500mL的水中，超声分散2h，得到混合溶液；
S2、将混合溶液于80℃下不断搅拌蒸干，然后用研钵将粉末研磨均匀，得到均匀的前驱体粉末；
S3、将得到的前驱体粉末置于高温炉中，在氩气氛围中以5℃/min由室温升温至500℃并煅烧2h，然后再以5℃/min升温至700℃并煅烧2h，得到黑色粉末；再将黑色粉末使用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液洗涤，再用去离子水洗至滤液为中性为止，然后于80℃下真空干燥即得氮掺杂碳纳米管包覆的Pt-Ni合金纳米粒子催化剂。
图1a和图1b为本申请实例1中制备得到的燃料电池催化剂的在不同放大倍数下的扫描电镜图，从图1a和图1b中可知，本申请实施例1制备得到的燃料电池催化剂，形成了形貌均一的碳纳米管，且分散均一，直径在50～100nm左右。
测试本申请实施例1中制备得到的燃料电池催化剂的X射线衍射图谱，结果如图2所示，所观察的衍射峰位于纯Pt(PDF#04-0802)和Ni(PDF#04-0850)金属的衍射峰之间，没有其他明显的衍射峰，表明形成了Pt-Ni合金结构。
图3为本申请实施例1中制备得到的燃料电池催化剂的透射电镜(TEM)照片；由图3可见，形成的Pt-Ni合金纳米粒子在碳纳米管内部，且外表面没有其他的纳米粒子附着在上面。
图4为图3的TEM图片的Mapping元素分析图，由图可见Pt-Ni合金纳米粒子是明显在碳纳米管内部，其中碳、氮元素均匀分布在碳纳米管上，Pt和Ni元素也均匀分布在内部的纳米颗粒上，从图4f不同元素分布可以明显看出形成了PtNi合金结构，且均匀限域在碳纳米管内部。
对比例1
制备PtNi合金负载在多壁碳纳米管催化剂(PtNi@CNTs)对比样品。合成方法如下：称取0.5g的多壁碳纳米管样品(购买于先丰纳米科技有限公司)加入到三颈烧瓶中，加入乙二醇240mL、去离子水160mL，超声6h，分散均匀。再加入0.308g H2PtCl6和0.06g NiCl2·6H2O，超声2h。然后将烧瓶置于硅油浴锅中，冷凝回流，氮气保护，升温到140℃反应6h，反应结束后，用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤3次，放入真空干燥箱中60℃干燥12h，得到对比试样PtNi@CNTs催化剂。
对申请实施例1制备得到的燃料电池催化剂(PtNi@NCNTs)和对比例1中的对比试样进行电化学测试。实验步骤如下：所进行的电化学测试使用上海辰华CHI 760e电化学工作站，在标准的三电极体系中进行测试。使用旋转圆盘电位作为工作电极，石墨棒作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解液为0.1M高氯酸溶液。称取4.0mg待测催化剂，加入到1mL混合溶液中，其中包含0.8mL去离子水，0.18mL异丙醇和0.02mL Nafion溶液(5wt％)。然后超声0.5h，得到均匀分散液。将9μL分散液均匀滴到旋转圆盘电极中，自然干燥，负载量为0.285mg cm-2。对于氧还原测试，首先将0.1M高氯酸电解液中通入氮气30min，以排除电解液中的空气，然后组装好进行循环伏安(CV)测试，以50mV s-1的扫速从0到1.2V相对于标准氢电极，循环15圈以活化催化剂工作电极。然后通入氧气30min以使0.1M高氯酸电解液中氧气达到饱和，在旋转圆盘电极1600rpm转速下以10mV s-1的扫速从1.1到0.2V相对于标准氢电极，进行不同催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)测试，记录LSV实验数据。
测试本申请实施例1制备得到的燃料电池催化剂(PtNi@NCNTs)和商业20wt％Pt/CB催化剂(购买于Alfa Aesar公司)、以及制备的PtNi合金负载在多壁碳纳米管催化剂(PtNi@CNTs)的氧还原曲线，结果如图5所示，从图5中可知，与同样载量的商业20wt％Pt/CB催化剂以及PtNi合金负载在多壁碳纳米管催化剂(PtNi@CNTs)相对比，所制备的氮掺杂碳纳米管包覆的PtNi合金纳米粒子催化剂(PtNi@NCNTs)具有更高的起始电位和半波电位，表明所制备的催化剂具有更优异的氧还原活性。
实施例2
一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将0.411g H2PtCl6和1.2g NiCl2·6H2O以及0.84g双氰胺溶于500mL的水中，超声分散2h，得到混合溶液；
S2、将混合溶液于50℃下不断搅拌蒸干，然后用研钵将粉末研磨均匀，得到均匀的前驱体粉末；
S3、将得到的前驱体粉末置于高温炉中，在氩气氛围中以1℃/min由室温升温至300℃并煅烧3h，然后再以1℃/min升温至600℃并煅烧6h，得到黑色粉末；再将黑色粉末使用浓度为2mol/L的盐酸溶液洗涤，再用去离子水洗至滤液为中性为止，然后于80℃下真空干燥即得氮掺杂碳纳米管包覆的Pt-Ni合金纳米粒子催化剂。
实施例3
一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将2.053g H2PtCl6和0.72g NiCl2·6H2O以及8.4g双氰胺溶于500mL的水中，超声分散2h，得到混合溶液；
S2、将混合溶液于120℃下不断搅拌蒸干，然后用研钵将粉末研磨均匀，得到均匀的前驱体粉末；
S3、将得到的前驱体粉末置于高温炉中，在氩气氛围中以10℃/min由室温升温至400℃并煅烧1h，然后再以10℃/min升温至1000℃并煅烧1h，得到黑色粉末；再将黑色粉末使用浓度为1mol/L的盐酸溶液洗涤，再用去离子水洗至滤液为中性为止，然后于80℃下真空干燥即得氮掺杂碳纳米管包覆的Pt-Ni合金纳米粒子催化剂。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (10)

1.一种碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
将氯铂酸、过渡金属盐、胺类化合物和溶剂均匀混合后，形成混合体系；
将混合体系蒸干，研磨，得到前驱体粉末；
将前驱体粉末置于高温炉中于惰性气体中煅烧，且煅烧后洗涤至中性，干燥，获得所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂；
其中，所述胺类化合物包括双氰胺、三聚氰胺或尿素中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将前驱体粉末置于高温炉中，于惰性气体中以1～10℃/min速率升温至300～500℃并煅烧1～3h，再以1～10℃/min速率升温至600～1000℃并煅烧1～6h。
3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于：所述惰性气体包括氮气或氩气。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于：所述氯铂酸、过渡金属盐与胺类化合物的摩尔比为(1～5)∶(1～5)∶(10～100)；
和/或，所述过渡金属盐包括镍盐、铁盐或钴盐中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于：所述镍盐包括硝酸镍、氯化镍、醋酸镍或硫酸镍中的任意一种；
和/或，所述铁盐包括硝酸铁、氯化铁、醋酸铁或硫酸铁中的任意一种；
和/或，所述钴盐包括硝酸钴、氯化钴、醋酸钴或硫酸钴中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括水、甲醇或乙醇中的任意一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于：所述蒸干的温度为50～120℃。
8.根据权利要求1所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于：所述洗涤包括先使用酸溶液洗涤，再使用水洗涤，其中，所述酸溶液包括浓度为0.5～2)mol/L的盐酸或硫酸溶液。
9.由权利要求1-8中任一项所述方法制备而成的碳纳米管限域型燃料电池催化剂。
10.权利要求9所述的碳纳米管限域型燃料电池催化剂在质子交换膜燃料电池的阳极或阴极中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115842136A (zh) * 2023-01-10 2023-03-24 福州大学 一种金属氮化物限域制备Pt基有序合金燃料电池催化剂的方法
CN115881984A (zh) * 2023-01-10 2023-03-31 福州大学 一种原子层沉积金属/金属氧化物限域制备燃料电池Pt合金催化剂的方法
CN116581313A (zh) * 2023-06-30 2023-08-11 江西师范大学 限域型单分散Co-Co7Fe3异质结构复合材料的制备方法和应用
CN117936823A (zh) * 2024-03-21 2024-04-26 济宁学院 一种SiO2层包覆的碳纳米管负载Pt基合金催化剂及其制备方法和应用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115842136A (zh) * 2023-01-10 2023-03-24 福州大学 一种金属氮化物限域制备Pt基有序合金燃料电池催化剂的方法
CN115881984A (zh) * 2023-01-10 2023-03-31 福州大学 一种原子层沉积金属/金属氧化物限域制备燃料电池Pt合金催化剂的方法
CN116581313A (zh) * 2023-06-30 2023-08-11 江西师范大学 限域型单分散Co-Co7Fe3异质结构复合材料的制备方法和应用
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