金属结合强度调节使金属间纳米晶体的大规模合成成为实际燃料电池的必要条件
Jiashun Liang1, Yangyang Wan2,3, Houfu Lv4
1State Key Laboratory of Material Processing and Die and Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China.
Nature materials
|May 20, 2024
概括
研究人员开发了一种使用低点金属的新低温方法,以创建高度排序的金属 (PtM) 金属间纳米晶体,用于燃料电池. 这一突破使先进的电催化剂的可扩展生产成为可能,克服了以前高温加工的局限性.
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
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 结构上有序的L10-PtM金属间纳米晶体是燃料电池的优秀电催化剂,因为它们的稳定性和有序结构.
- 传统合成需要高温 (>600°C),导致粒子烧结,并阻碍大规模生产高纯度的PtM纳米晶体.
研究的目的:
- 开发一种新的策略,在显著较低的温度下合成有序的L10-PtM金属间纳米晶体.
- 为了使高Pt含量PtM纳米晶体的克制量生产,用于实际的燃料电池应用.
- 研究低点金属诱导的低温排序背后的机制.
主要方法:
- 使用低点金属 (M' = Sn,Ga,In) 削弱键强度和减少激活能量 (Ea) 的新概念.
- 在≤450°C的温度下合成L10-Pt-M-M'金属间纳米晶体.
- 使用X射线光谱学,现场电子显微镜和理论计算进行表征.
- 在H2空气燃料电池中的L10-Ga-PtNi/C催化剂的性能评估.
主要成果:
- 低点金属的引入成功地将订单温度降低到≤450°C.
- 能够制备高Pt含量 (≥40 wt%) 的L10-Pt-M-M'金属间纳米晶体,并以十克尺度生产.
- 揭示了Sn兴奋剂削弱了键强度,减少了Ea,并促进了低协调原子扩散和L10核化.
- 开发的L10-Ga-PtNi/C催化剂在燃料电池中表现出色,超过了美国能源部的指标.
结论:
- 低点金属诱导的键弱化策略是有效的低温合成的L10-PtM纳米晶体.
- 这种方法克服了烧结问题,并使高性能电催化剂的可扩展生产成为可能.
- 开发的催化剂显示出实际的质子交换膜燃料电池应用的巨大潜力.
