实现超长ORR耐用性的策略-Rh激活合金中的原子间相互作用
Xiaoke Li1,2, Xiao Duan1, Siao Zhang2
1National Laboratory of Solid-State Microstructures, College of Engineering and Applied Sciences, and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, 22 Hankou Road, Nanjing, 210093, P. R. China.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|April 10, 2024
概括
Rh-doped-合金催化剂通过防止溶解,显著提高了质子交换膜燃料电池的耐用性. 这种Rh-Pt3Co/C催化剂在氧降解反应中表现出显著的活性和稳定性.
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) 对清洁能源至关重要,但由于过渡金属的溶解,催化剂稳定性,特别是基于的合金,仍然是一个挑战.
- 基合金催化剂的操作复杂性可能导致基合金催化剂的降解,影响它们的长期性能和寿命.
研究的目的:
- 为PEMFCs开发一种高耐用性和活性基合金催化剂.
- 研究Rh兴奋剂对Pt3Co合金催化剂的稳定性和催化活性的影响.
- 通过理论计算,了解增强催化剂稳定性的基本机制.
主要方法:
- 在碳 (Rh-Pt3Co/C) 上支持的Rh-doped Pt3Co合金催化剂的合成和表征.
- 电化学测试,包括氧降解反应 (ORR) 活性和长期稳定循环 (17万个循环).
- 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的性能和耐久性测试.
- 密度功能理论 (DFT) 计算,以探索对合金稳定性的兴奋剂影响.
主要成果:
- 该Rh-Pt3Co/C催化剂表现出极好的ORR活性 (1.31A mgPt-1在0.9V与RHE相比),并在17万个循环后保持了92%的质量活性.
- 长期测试表明,Rh-Pt3Co/C催化剂中的解被抑制,与未使用的Pt3Co/C相比.
- 对于Rh-Pt3Co/C,PEMFC测试显示在50,000个周期后,在0.8 A cm-2时没有电压损失,而Pt3Co/C则损失了200mV.
- 理论计算显示,Rh兴奋剂会诱导压缩应变,增强催化活性,增加对共扩散和Pt空位形成的能量障碍.
结论:
- 在Pt3Co合金中的Rh兴奋剂通过抑制过渡金属溶解,显著提高了PEMFC中的催化剂稳定性和耐用性.
- Rh-Pt3Co/C催化剂为减少氧反应提供了卓越的长期性能和活性,这对于推进燃料电池技术至关重要.
- 该研究提供了对改善合金稳定性的原子级机制的洞察,为下一代燃料电池催化剂铺平了道路.
