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突破:Nature子刊/Pt-Pd-Au三元合金壳层ORR催化剂!

发布日期: 2020-09-28
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    高效、稳定、低Pt载量氧还原催化剂是燃料电池用阴极材料的主要研究方向之一,其中占据有重要地位之一的是核壳结构Pt基纳米材料。但是,超薄壳层的结构不稳定、内核组分浸出等问题常常会导致核壳结构材料稳定性难以满足电池平稳运行的要求。

    有鉴于此,天津理工大学丁轶课题组、罗俊课题组与北京计算科学研究中心刘利民课题组合作在Nature Energy发表论文,报道了一种高活性、高稳定性、低Pt载量的PtPdAu三元合金氧还原催化剂。

 

 图1. 新鲜NPG-Pd-Pt和经过10000、30000、100000圈循环后样品的电化学性能

    依据Au、Pd、Pt三种金属原子扩散速率、电负性的不同,研究人员采用电化学循环伏安法对亚纳米尺度Pt-Pd-Au壳层的表面结构进行处理,终获得兼具高效和高稳定性的PtPdAu三元合金壳层氧还原催化剂。

    该催化剂的质量活性是商业Pt/C的15倍,稳定性测试70000圈后仍维持不变。这项工作的参与方还有日本电子、美国FEI、中科院物理所谷林课题组、中科院大连化物所苗澍博士,首要单位是天津理工大学,首要作者是研究生李健、印会鸣博士、李希波博士和奥西博士,通讯作者是丁轶、罗俊和刘利民。

图2. 新鲜催化剂NPG-Pd-Pt的高分辨HAADF图和原子分辨EDS-Mapping图


图3. NPG-Pd-Pt循环10000圈(a-e)和30000圈(f-j)后的高分辨HAADF图和原子分辨EDS-Mapping图

图4. Pt-Pd-Au(111)和Pt(111)表面的ORR活性理论计算

Jian Li1†, Hui-Ming Yin1†, Xi-Bo Li2†, Eiji Okunishi3†, Yong-Li Shen1, Jia He1, Zhen-Kun Tang2, Wen-Xin Wang1, Emrah Yücelen4, Chao Li1, Yue Gong5, Lin Gu5, Shu Miao6, Li-Min Liu2*, Jun Luo1*and Yi Ding1*  Surface evolution of a Pt–Pd–Au electrocatalystfor stable oxygen reduction. Nature Energy 2017, 2, 17111. 

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