氧空位诱导了Pt和TiO2之间的相互作用,以提高氧气减少性能
Ziyu Wang1, Xuekun Jin2, Fengjuan Chen1
1Key Laboratory of Solid State Physics and Devices Autonomous Region, School of Physics Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, Xinjiang, PR China; Key Laboratory of Energy Materials Chemistry, Ministry of Education, Institute of Applied Chemistry, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046, China.
Journal of colloid and interface science
|July 15, 2023
概括
这项研究引入了一种新的复合材料,二氧化和碳黑与氧空缺 (TiO2(OV) -C),作为质子交换膜燃料电池中纳米粒子的支. 这项创新提高了催化剂的活性和耐用性,解决了燃料电池技术的关键挑战.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 中的基催化剂活动和耐用性有限,阻碍了商业化.
- 开发先进的催化剂支对于提高PEMFC性能至关重要.
研究的目的:
- 为了研究功能支持的有效性,二氧化和碳黑含有氧气空缺 (TiO2(OV) -C,用于加载纳米粒子 (Pt NPs).
- 阐明氧气空缺在增强Pt和支之间的相互作用中的作用,从而提高催化剂性能.
- 评估这种相互作用对氧还原反应 (ORR) Pt催化剂的活性和稳定性的影响.
主要方法:
- 一种复合材料的合成:TiO2(OV) -C支持.
- 将纳米颗粒 (Pt NPs) 装入到TiO2 ((OV) -C支上.
- 电化学表征包括半波电位 (E1/2),质量活性 (MA) 和特定活性 (SA) 的测量.
- 长期耐用性测试. 长期耐用性测试.
- 使用X射线光电子谱学 (XPS) 进行表面分析.
- 使用密度函数理论 (DFT) 进行理论计算.
主要成果:
- 与Pt / C (0.842 V) 和Pt / TiO2-C (0.841 V) 相比,Pt / TiO2 (((OV) -C显示出一个增强的半波潜力 (0.862 V).
- 催化剂表现出极好的耐用性,在长期测试后,在E1/2中仅有5mV的衰减.
- 质量活动和特异性活动显示稳定性有所改善,仅分别下降了21%和17%.
- XPS和DFT的计算显示,由氧空缺引起的Pt和TiO2之间的相互作用优化了Pt的局部电荷密度,并促进了中间体 (*OH) 的脱离.
结论:
- 氧空位 (OV) 在诱导Pt和TiO2之间的相互作用,加强Pt固定和优化其电子性质方面发挥着关键作用.
- 增强的Pt-TiO2相互作用显著改善了性ORR的Pt催化剂的活性和耐用性.
- 这项研究为设计用于燃料电池应用的先进多相催化剂提供了一个有希望的策略.
