通过PdPt合金中的弱应变效应诱导的增强酸进化动力学,用于质子交换膜水电解器

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:

• 应变工程对于调整催化剂电子结构和吸附剂结合在演化反应 (HER) 中至关重要.
• 弱压与强压对HER催化活性的明显影响仍未得到充分研究.

研究的目的:

• 研究弱和强应变工程对HER催化活性的影响.
• 构建和表征具有不同Pt外厚度 (双层PdPt_{2L}$和多层PdPt_{ML}$) 的核心外PdPt合金,以实现不同的晶格变异.

主要方法:

• 合成具有双层 (PdPt$_{2L}$) 和多层 (PdPt$_{ML}$) Pt外的核心外 PdPt合金.
• HER性能的电化学表征,包括超电位,稳定性和内在活性.
• 在质子交换膜水电解器 (PEMWE) 中的评估.
• 在现场/操作测量和密度函数理论 (DFT) 计算.

主要成果:

• PdPt$_{2L}$表现出弱应变,需要低超电位 (18 mV) 来达到HER的10 mA cm$^{-2}$,并表现出优异的长期稳定性 (510 h).
• PdPt$_{2L}$的内在活性明显高 (6.2倍和24.5倍) 比分别PdPt$_{ML}$和商业Pt/C.
• 与Pt/C相比,PdPt_{2L}$的高电压表现优于PEMWEs,在500 mA cm$^{-2}$的温度下稳定运行100小时.
• 现场/操作研究和DFT计算证实,PdPt$_{2L}$中的弱应变效应降低了明显的激活能量,加速了ad-/desorption动力学,并优化了H$^{*}$结合,以实现高效的H$_{2}$生成.

结论:

• 在PdPt$_{2L}$合金中,弱应变工程对于增强HER催化非常有效.
• 优化的电子结构和PdPt_{2L}$的吸附动力学导致了优越的催化活性和稳定性.
• 这些发现为设计用于生产和水电解的先进电催化剂提供了宝贵的见解.