Aprovechando el acoplamiento controlado de desligación y soporte para catalizadores de PtNi ultraestables en...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• La catálisis es la catálisis.

Sus antecedentes:

• Las aleaciones de metal de transición de platino (PtM) son catalizadores clave de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) para las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC).
• Los desafíos incluyen la disolución de los metales de transición, el grueso de las partículas y la poca durabilidad, que a menudo empeora por la agregación en las estrategias convencionales.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador de PtNi duradero y de alto rendimiento para PEMFCs.
• Superar las limitaciones de los métodos tradicionales de aleación evitando la agregación de nanopartículas y mejorando la estabilidad.

Principales métodos:

• Se empleó una estrategia controlada de aleación-desaleación para crear nanopartículas de PtNi confinadas dentro de un marco de carbono N-dopado (Pt1Ni1-x@Nix_NC).
• La descongelación asistida por amoníaco creó una cáscara rica en Pt y un núcleo aleado, con átomos de Ni liberados anclados por el carbono N-dopado como fracciones de Ni-N/C.
• Este acoplamiento de coordinación y soporte se analizó por su efecto en la estructura electrónica y la cinética de ORR.

Principales resultados:

• El catalizador Pt1Ni1-x@Nix_NC logró un alto potencial de media onda de 0,932 V y una actividad de masa de 2,028 A mgPt-1, 8,75 veces mayor que el Pt/C comercial.
• Se demostró una durabilidad excepcional con solo una pérdida de potencial de media onda de 6 mV después de 30.000 ciclos.
• En las PEMFC, la pila de combustible alcanzó una densidad de potencia máxima de 975 mW cm-2 y mantuvo el 91,9% de su rendimiento inicial.

Conclusiones:

• La estrategia de aleación-desaleación suprime efectivamente la aglomeración y mejora las interacciones de soporte metálico, optimizando la cinética ORR.
• Este enfoque proporciona un método generalizable para diseñar catalizadores duraderos, de alto rendimiento y bajo contenido de platino (PGM) para la próxima generación de PEMFC.