构建从原子集群到单个原子的气迁移通道,以实现超低PT负载的优质电催化进化

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:

• 质子交换膜水电解器 (PEMWE) 需要高度活跃和耐用的阴极催化剂,但使用贵金属 (例如白金) 构成了重大挑战.
• 萨巴蒂埃原理经常限制演化反应 (HER) 中介的独立优化,阻碍了催化剂的性能.
• 开发具有成本效益的催化剂,最小的贵金属负载对于实际的绿色生产至关重要.

研究的目的:

• 设计和合成一种基于Pt的新型亚纳米催化剂,其中单个原子和原子集群共存.
• 调查双活性站点架构,以独立优化 (H*) 形成和重组动力学.
• 为了证明PEMWE的增强活动和耐用性,以实现高效的绿色生产.

主要方法:

• 合成基于Pt的亚纳米级催化剂,这些催化剂固定在硫碳上.
• 加入二次过渡金属 (例如,Mn) 来调整接口电荷分布和工作功能.
• 使用操作实验和理论计算进行表征,以确认反应机制.
• 在质子交换膜水电解器中对催化剂性能进行电化学测试.

主要成果:

• 双活性位点催化剂架构成功地解了H*形成和重组动力学.
• 引入Mn调节的Pt集群特性,促进H*的形成和迁移.
• 邻近集群的缺电子Pt单个原子促进了H*重组.
• 具有3.6%重量%Pt负载的催化剂在15mV时达到14.48A mg-1的质量活性,比商业40wt%Pt/C高41倍.
• 催化剂在PEMWE中表现出异常的活性和稳定性,只有10%的基准Pt负载.

结论:

• 开发的基于Pt的亚纳米催化剂与单个原子和原子集群共存,为设计高效的HER催化剂提供了一个新的范式.
• 这种双重活动现场战略有效地克服了萨巴蒂尔原则的局限性,从而实现了卓越的性能.
• 催化剂通过显著降低贵金属需求,为实际的绿色生产提供了关键的进步.
• 操作研究和理论计算提供了H*动态的直接证据,为未来的催化剂合理设计提供了洞察力.