燃料电池最新Science:束状Pt-Ni合金纳米笼继续提升高效ORR性能


【引言】

铂(Pt)是燃料电池和金属空气电池中氧还原反应(ORR)最活跃的电催化剂,具有良好的稳定性。然而,目前最先进的Pt催化剂在成本和可获得性方面仍然缺乏活性和稳定性。利用纳米Pt合金的近表面组成来提高Pt基电催化剂的电催化性能是一种很有前途的方法,这种方法可以最大限度地暴露具有最佳性能的高活性位点。加入其他过渡金属可以通过配体和应变效应改变Pt-O中间体的结合强度来提高催化性能。另外,一维(1D)纳米结构及组装体由于其固有的各向异性、更高的柔性和更高的导电性而表现出更高的稳定性。一维纳米结构的各向异性使其与通常的碳载体有更大的表面接触,从而具有更高的稳定性。然而,这些固态一维纳米结构中含有大量的贵金属,这限制了贵金属的利用。为此,应当基于Pt的最佳利用效率(多孔纳米结构),为ORR(化学合金化)提供良好的纳米级化学环境,并在活性位点暴露优化结构设计Pt基的最佳ORR催化剂。

【成果简介】

今日,在华中滚球体育 大学夏宝玉教授南洋理工大学楼雄文教授团队(共同通讯作者)带领下,与海南大学日本电气通信大学荷兰埃因霍温理工大学、南昌大学、广东工业大学华南理工大学合作,报道了一维束状的铂-镍(Pt-Ni)合金纳米笼,具有用于氧化还原反应的Pt皮结构,具有高质量活性(3.52 A/mgPt)和比活性(5.16 mA/cm2) ,比市售Pt/C催化剂高17到14倍。在50,000次循环后,该催化剂表现出高稳定性,而活性下降可忽略不计。实验结果和理论计算均表明,由应变和配体效应引起的强键铂-氧(Pt-O)位点较少。此外,通过该催化剂组装的燃料电池在0.6 V下提供为1.5 A/cm2的电流密度,并可稳定运行至少180小时。相关成果以题为Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells发表在了Science上。

【图文导读】

图1Pt1.5Ni-BNSs的结构和组成表征

2 从Pt1.5Ni-BNSs蚀刻得到PtNi-BNCs的结构和成分表征

3各种Pt样品的电化学和燃料电池性能

4各种催化剂的耐久性能

5原位XAFS和XANES分析

文献链接:Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells(Science,2019,DOI:10.1126/science.aaw7493)

本文由木文韬翻译,欧洲足球赛事 整理编辑。

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