黄金单原子合金可以选择性地促进氧气减少和甲醇氧化
Shuiping Luo1, Lei Xie1, Xinyi Cai1
1Shenzhen Key Laboratory of Energy Electrocatalytic Materials, Guangdong Provincial Key Laboratory of New Energy Materials Service Safety, College of Materials Science and Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, Guangdong, 518055, P. R. China.
使用金 (PdAu) 和金 (PtAu) 的工程单原子合金 (SAA) 对直接甲醇燃料电池 (DMFC) 显示出异常的选择性和稳定性. 这种原子级设计推进了高性能电催化剂的开发.
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:
- 单原子站点工程提供了高原子利用率和催化活性.
- 在多金属电催化剂中实现同时的选择性和稳定性是一项挑战.
研究的目的:
- 原子设计和控制用于直接甲醇燃料电池 (DMFC) 的金色单原子合金 (PdAu1和PtAu1SAA).
- 开发高选择性,活性和稳定的阴极和阳极电催化剂.
主要方法:
- 制造完全订购的PdBi和基于PtBi矩阵的PdAu1和PtAu1SAA.
- 对氧气减少和甲醇氧化进行电催化性能测试.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以阐明反应机制.
主要成果:
- PdAu1 SAA显示出超高质量活性 (5.37 A mgPd+Au−1) 在12万个循环中没有衰变的情况下减少氧气.
- 在甲醇氧化过程中,PtAu1 SAA 呈现出超高质量活性 (28.59 A mgPt+Au-1).
- 设计的SAA为一个实用的DMFC提供动力,其高功率密度为155.0mW cm-2.2.
结论:
- 原子设计策略能够精确控制电催化剂的选择性和稳定性.
- DFT计算证实了关键反应步骤的能源障碍降低,解释了增强的选择性.
- 这项工作提供了一种通用方法,用于为先进的电催化剂在原子层面设计多金属合金.
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