AuCuの金属間基板のPt皮:燃料電池のPt利用を最大化するための戦略

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 電気化学 電気化学について
• カタリシス カタリシス カタリシス

背景:

• 陽子交換膜 (PEM) 燃料電池は,プラチナ (Pt) 触媒に大きく依存していますが,高コストで効率的なPt利用のための戦略が必要です.
• Pt利用の最大化には,Ptの使用を最小限に抑え,その内在の触媒活性を増強することが含まれます.

研究 の 目的:

• 最小限のPt負荷と酸素還元反応 (ORR) の強化された表面特異活性 (SA) を組み合わせた新しいPt-skin触媒の設計と実装.
• 燃料電池アプリケーションのための現在のPtベースの触媒の限界を克服する実用的な触媒設計を達成するために.

主な方法:

• 密度関数理論 (DFT) の計算を使用して,合金基板上の潜在的なPt-skin構造をスクリーニングしました.
• AuCuインターメタリックナノ粒子 (AuCu iNPs) は,Ptで合成され,Pt皮の触媒 (Pt(S) AuCu iNPs) を生成するためにPtで改変されました.
• シンクロトロンXRD,XPS,HRTEM,HAADF-STEM/EDXを含む高度な特徴付け技術は,Pt-skinの構造と厚さを確認しました.

主要な成果:

• DFTスクリーニングでは,ORR触媒の最適の酸素結合を持つAuCu(111) のPt-skin構造が特定されました.
• 合成されたPt(S) AuCu iNPsは,2つの原子層未満の厚さのPt皮を特徴づけた.
• Pt(S) AuCu iNPは,商用Pt/C触媒の2倍以上のSAを示した.
• 質量特異活性 (MA) は0.56 A/mg ((Pt) @0.9 Vに達し,DOEの2017年の目標を上回りました.

結論:

• AuCu iNPs上の新しいPt-skin触媒設計が成功裏に実現され,優れたORR触媒性能が実証されました.
• このアプローチは,燃料電池のための高効率でPtを節約する触媒を開発するための戦略的経路を提供します.
• この発見は,より費用対効果が高く,高性能な燃料電池技術への道を開く.