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    多相催化研究:PtRu催化劑與氮摻雜碳載體的協(xié)同促進(jìn)HOR!
    來源: 時(shí)間:2023-09-14 14:15:41 瀏覽:2263次

    第一作者:Weiyan Ni

    通訊作者:胡喜樂教授、William E. Mustain

    通訊單位:瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院,美國南卡羅來納大學(xué)

    DOI: 10.1038/s41929-023-01007-1



    研究背景


    氫氧化物交換膜燃料電池(HEMFC)是一種具有潛在經(jīng)濟(jì)效益的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。目前最先進(jìn)的HEMFCs需要高負(fù)載量的鉑族金屬(PGM)催化劑,特別是用于氫氧化反應(yīng)(HOR)。然而,高成本限制了其進(jìn)一步發(fā)展。PGMs與其他金屬(Fe、Co、Ni和Mo等)合金化或摻雜,或沉積在氧化物表面以產(chǎn)生強(qiáng)的金屬-支撐相互作用,很少材料在質(zhì)量活度和本征活性方面優(yōu)于基準(zhǔn)PtRu合金。此外,界面水已被確定為影響HOR/HER動(dòng)力學(xué)的重要因素,但水-催化劑的界面相互作用在很大程度上是非共價(jià)的,不能被催化劑的電子結(jié)構(gòu)所調(diào)節(jié)。基于此,瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院胡喜樂教授和美國南卡羅來納大學(xué)William E. Mustain等人發(fā)現(xiàn)了一種多孔氮摻雜碳(pN-C)作為PGM基HOR催化劑的優(yōu)良載體。對(duì)比碳黑負(fù)載的催化劑,PGM/ pN-C催化劑具有更高的HOR活性。



    文章要點(diǎn)


    要點(diǎn)1本文開發(fā)了一種多組分協(xié)同的PtRu/多孔氮摻雜碳催化劑(Pt0.25Ru0.75/pN-C)作為活性HOR催化劑堿性介質(zhì),比以前的基準(zhǔn)PtRu/C高出兩倍以上。

    要點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)表征結(jié)果揭示了pN-C載體的多重作用。Pt單原子(SAs)在含Pt催化劑中創(chuàng)造了良好的界面水結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的多孔氮摻雜碳負(fù)載型PtRu HOR催化劑(PtRu/pN-C)在堿性條件下具有較高的本征活性和質(zhì)量活性。

    要點(diǎn)3低負(fù)載量PtRu/pN-C HOR催化劑在使用較低的PGM負(fù)載和零背壓的情況下,比美國能源部(DOE)2022年的目標(biāo)(1 A cm-2)高出50%。



    圖文展示


     

    圖1.催化劑合成與表征

     

    圖2.催化劑的X射線光譜表征

     

    圖3. HOR機(jī)理研究

     

    圖4.最優(yōu)PtRu/pN-C催化劑的電化學(xué)測試

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