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華科夏寶玉Angew.:質(zhì)量活性高達(dá)1.29 A mgPt-1! PtCo合金與石墨烯協(xié)同促進(jìn)ORR

華科夏寶玉Angew.:質(zhì)量活性高達(dá)1.29 A mgPt-1! PtCo合金與石墨烯協(xié)同促進(jìn)ORR
替代現(xiàn)有傳統(tǒng)能源系統(tǒng),燃料電池是一種很有前景的方案。氧還原反應(yīng)(ORR)是燃料電池和金屬-空氣電池的一種極其重要的電化學(xué)反應(yīng),然而,其緩慢的四電子過程阻礙了燃料電池的實際應(yīng)用。因此,合成高效且耐用的ORR催化劑至關(guān)重要。
近日,華中科技大學(xué)夏寶玉團(tuán)隊提出了一種簡單且可擴(kuò)展的熔鹽合成方法,制備了金屬-氮-石墨烯(NGNS)包覆的鉑(Pt)納米合金(PtCo@NGNS),以實現(xiàn)高效催化ORR。
華科夏寶玉Angew.:質(zhì)量活性高達(dá)1.29 A mgPt-1! PtCo合金與石墨烯協(xié)同促進(jìn)ORR
華科夏寶玉Angew.:質(zhì)量活性高達(dá)1.29 A mgPt-1! PtCo合金與石墨烯協(xié)同促進(jìn)ORR
由于金屬與載體之間的強(qiáng)相互作用,石墨烯包覆的Pt納米合金的催化劑具有高ORR活性和強(qiáng)大的抗納米顆粒遷移和腐蝕能力。
在0.1 M HClO4溶液中,PtCo@NGNS的起始電位Eonset和半波電位E1/2分別為1.05 VRHE和0.95 VRHE;其在0.9 VRHE下的質(zhì)量活性為1.29 A mgPt-1,比活性為1.70 mA cmPt-2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過商業(yè)Pt/C(0.15 A mgPt-1和0.20 mA cmPt-2)。
另外,在30000個加速耐久測試(ADT)循環(huán)后,PtCo@NGNS的質(zhì)量活性下降不到20%。
華科夏寶玉Angew.:質(zhì)量活性高達(dá)1.29 A mgPt-1! PtCo合金與石墨烯協(xié)同促進(jìn)ORR
華科夏寶玉Angew.:質(zhì)量活性高達(dá)1.29 A mgPt-1! PtCo合金與石墨烯協(xié)同促進(jìn)ORR
表征和密度泛函理論(DFT)計算表明,Pt-Co合金和M-N4是提高ORR活性的主要位點。在Co-N4結(jié)構(gòu)中,電荷從Co到N摻雜石墨烯納米片的轉(zhuǎn)移有利于電子從金屬轉(zhuǎn)移到相鄰的C原子,這有利于O=O鍵裂解。附近的PtCoNPs有效地降低了Co-N4位點產(chǎn)生的過氧化氫中間體的能壘,從而導(dǎo)致了ORR活性的提高。
這項工作展示了一種高效且堅固的Pt基催化劑,而且為集成催化劑的制備提供了一種簡便的設(shè)計理念和可擴(kuò)展的制備技術(shù),以在燃料電池及其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。
Scalable Molten Salt Synthesis of Platinum Alloys Planted in Metal-Nitrogen-Graphene for Efficient Oxygen Reduction. Angewandte Chemie International Edition, 2021. DOI: 10.1002/anie.202115835

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