通过反应性金属支相互作用为高性能燃料电池量身定制基支金属间金合金
Zijie Lin1, Nadaraj Sathishkumar2, Yu Xia3
1State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, 430074, Wuhan, China.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|April 18, 2024
概括
在质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 中用于氧降解反应 (ORR) 的新催化剂使用反应性金属支相互作用开发. 这些基于Pt的新型催化剂在没有碳支的情况下显示出出色的耐用性和性能.
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:
- 开发高效和抗腐蚀氧降解反应 (ORR) 催化剂对于质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 至关重要.
- 传统的碳支持 (Pt) 催化剂遭受降解,限制燃料电池的寿命.
- 需要替代支和合成方法来提高催化剂的稳定性和性能.
研究的目的:
- 报告一种新的方法,用于制备金属氧化物支持的金属间Pt合金纳米粒子 (NP) 作为ORR催化剂.
- 为了证明反应性金属支相互作用 (RMSI) 在增强催化剂性能方面的有效性.
- 调查Ni-doped ZrO2作为支持基于Pt的ORR催化剂的潜力.
主要方法:
- 通过RMSI通过Ni-doped立方ZrO2 (Ni/ZrO2) 支持的L10-PtNiNP的制备.
- 在RMSI期间利用Ni迁移来增加支持中氧空位度并丰富Pt电子.
- 使用加速耐久性测试 (400,000 个周期) 和质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 性能评估.
- 进行密度函数理论 (DFT) 计算,以了解反应机制和稳定性.
主要成果:
- 在进行了广泛的耐用性测试后,最佳的L10-PtNi-Ni/ZrO2-RMSI催化剂表现出最小的质量活动损失 (17.8%).
- 实现了PEMFC的特殊性能:0.76A/mgPt在0.9V,峰值功率密度为1.52/0.92W/cm2在H2-O2/空气中,并在30,000次循环后活动衰减18.4%.
- 与直接加载的催化剂和碳支持的同行相比,DFT的计算证实了较低的ORR能量屏障和更好的稳定性.
结论:
- RMSI方法有效地在Ni/ZrO2支上创建了电子丰富的Pt位点,增强了ORR催化.
- L10-PtNi-Ni/ZrO2-RMSI是一种非常耐用和高效的基于Pt的ORR催化剂,其性能优于现有的非碳支持选项.
- 增强的稳定性归因于在氧化物支上的PtNi合金内增加的粘附能量和Ni空位形成能量.
