JACS：氮化钴注入 PtCo 金属间纳米催化剂，超高燃料电池阴极性能！
文摘
2024-11-03 08:18
中国香港
稳定而活性的氧还原电催化剂对于实用的燃料电池至关重要。1. 在此，报道了一类嵌入氮化钴的新型高度有序的铂钴 (Pt-Co) 合金。金属间核壳催化剂在 0.9 V 时表现出 0.88 A mgPt-1 的初始质量活性，在经过 30,000 次强力加速耐久性测试后，保留率为 71%，并且仅损失了 9% 的电化学表面积，远远超过了美国能源部 2025 年的目标，在实际燃料电池运行条件下具有前所未有的稳定性和极小的电压损失。2. 发现调节核心中的原子排序会产生最佳的晶格结构，从而加速氧还原动力学。PtCo 超晶格中装饰的氮化钴的存在保证了更大的 Co 溶解屏障，从而使电催化剂具有出色的耐久性。3. 这项工作提出了一种变革性的结构工程策略，用于合理设计具有独特原子结构的高性能 Pt 基催化剂，以广泛应用于能源转换技术。总之，通过简单的两步退火处理成功制备了高度有序的氮化钴修饰的 L10-PtCo 核壳 NP，作为氢燃料电池的耐用电催化剂。PEMFC 单电池测试电催化剂实现了 0.88 A mgPt-1 的良好 MA，在 30,000 次 ADT 电位循环后具有 29% MA、9% ECSA 和 22 mV 电压（0.8 A cm-2 时）损失的超耐用性能，所有这些都超过了 DOE 2025 活性和耐用性目标（图 S40）。XAS 分析表明，提高原子有序度会大大诱导 Pt 和 Co 原子之间的强电子相互作用，并有利于核心和壳区域之间的晶格失配，从而促进高 ORR 活性。关于增强稳定性，DFT 计算证实，有序 PtCo 系统中 Co 位点附近的 N 掺杂有助于显著提高将 Co 从核心移动到最外层表面所需的迁移能量阈值，从而最大限度地减少 Co 电化学浸出。这项工作基于结构工程为 Pt 基电催化剂提供了整体设计，可用于实用、高效、低 Pt 负载的 PEMFC 阴极。Cobalt Nitride-Implanted PtCo Intermetallic Nanocatalysts for Ultrahigh Fuel Cell Cathode Performance
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c09514
