连接单原子站点和订制的金属间PtM纳米粒子,以在燃料电池中实现高效的催化

科学领域:

• 电化学 电化学 电化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 需要高效的催化剂来进行氧减少反应 (ORR).
• 在酸性ORR催化剂中实现低 (Pt) 载荷和高稳定性仍然是PEMFC广泛采用的重大挑战.

研究的目的:

• 开发一种新的气相有序合金策略,用于构建协同作用的催化系统.
• 集成基于Pt的金属间化合物 (PtM IMCs) 与在添加碳 (NC) 支上隔离的过渡金属位点 (M-N4).

主要方法:

• 采用气相有序合金策略,使用低沸点的过渡金属盐.
• 该方法有助于将金属盐捕获到Pt纳米颗粒和NC支上的缺陷上,防止聚合.
• 在NC上得到的PtM IMC和M-N4位点的表征.

主要成果:

• 开发的协同催化系统,特别是带有Fe-N4位点的Pt1Fe1 IMC,证明了ORR0.94V的高半波潜力.
• 达到了0.51A mgPt-1的质量活动,超过了当前的目标.
• 经过3万个循环后仅有23.5%的衰变,表现出出色的稳定性,超过了DOE 2025年的目标.

结论:

• 气相顺序合金化策略对于为PEMFCs创建先进的催化剂是有效的.
• 这种方法显著降低了Pt负荷,同时提高了催化性能和耐用性.
• 集成基于Pt的间金属和单个过渡金属站点为下一代燃料电池催化剂提供了一个有前途的途径.