通过将石墨外保护的复合碳支与气体共沉积驱动的PtCo间金属集成,构建高耐用性燃料电池催化剂

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:

• - (PtCo) 催化剂对于氧降解反应 (ORR) 至关重要,但由于金属溶解,纳米粒子聚合和碳支腐蚀,它们的性能下降.
• 现有的催化剂在电化学应用中普遍存在的恶劣的酸性和氧化条件下保持稳定性面临挑战.

研究的目的:

• 为ORR设计和合成高性能和耐用的Pt3Co金属间催化剂.
• 通过解决金属溶解,纳米粒子聚合和碳支腐蚀,提高催化剂稳定性.
• 调查新型复合碳支在增强催化剂寿命和性能方面的作用.

主要方法:

• 由ZIF-8/聚氨制成的复合碳支物被开发出来,具有高表面积 (HSC) 核心和保护性石墨外 (GS).
• 一个40重量%的Pt/HSC@GS催化剂使用一种涉及到气态Co沉积到Pt纳米颗粒的策略来合成.
• 该过程在化过程中促进了Pt纳米颗粒的共扩散,形成有序的Pt3Co金属间结构,在纳米颗粒上形成了一层保护性碳层.

主要成果:

• 在复合碳支上合成的Pt3Co金属间催化剂在膜电极组件 (MEAs) 中表现出了卓越的稳定性和性能.
• MEAs保持了高电流密度 (例如,在10,000个循环后在0.7 V下保持1.09 A cm-2和在150,000个循环后保持1.15 A cm-2),性能损失最小.
• 催化剂在重型条件下表现出了显著的耐用性,在12万次循环后在0.7V下达到1.45A cm−2,显著超过当前催化剂的性能.

结论:

• 使用复合碳支物和气态Co沉积的综合战略有效地产生了高度稳定和高性能的Pt3Co金属间催化剂.
• 在合成过程中形成的保护石墨外和薄碳层减轻了降解机制,确保了催化剂的长期耐用性.
• 这种方法为开发先进的电催化剂提供了一个有希望的途径,用于像燃料电池这样的苛刻的电化学应用.