Small:PtCo-PtSn/C异质结调控Pt的d能带中心增强氧还原性能

能源和环境是关系国计民生的国家重大战略问题。为了2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”的目标,开发可再生能源和高效的能源储存与转换技术迫在眉睫。质子交换膜燃料电池(PEMFCs)以其高效无污染的特点,在构建未来可持续发展的能源体系中发挥着不可替代的作用,具有重要的研究价值。然而由于其阴极氧还原反应(ORR)的动力学缓慢,降低了能量转换效率,限制了大规模应用。因此,开发高效耐用的铂基催化剂提高铂的催化效率是推进PEMFC发展的关键。

基于此,广西大学尹诗斌教授课题组构建并制备了PtCo-PtSn/C异质结催化剂,研究了其氧还原性能,并揭示了异质界面对ORR性能增强的机理。

该Pt基催化剂0.9V vs. RHE的氧还原质量活性为1158 mA mg–1 Pt,并且在30000圈循环后性能衰减仅为27.4%,具有的优异稳定性。实验和DFT研究表明,在PtCo和PtSn两相间存在强烈的电荷转移,电子的重新分布调节了Pt的电子结构,PtCo-PtSn/C异质结的d能带中心降低至−2.45eV。d能带中心的下移优化了含O中间体的吸附能,从而增强ORR的本征活性。同时,PtCo和PtSn界面之间的强电子相互作用,可以有效地防止两相分离,限制非贵金属的浸出,减少Ostwald熟化和Pt的迁移,提高催化剂的耐久性。以上结果表明PtCo和PtSn之间形成的异质结构可以有效调节Pt的电子结构,调节O反应中间体吸附和解吸之间的平衡,有效地增强ORR的活性和稳定性。这项工作可为燃料电池及其他领域的Pt基催化剂的设计提供指导。

论文信息:

Tuning d-Band Center of Pt by PtCo-PtSn Heterostructure for Enhanced ORR Performance

Jinli Chen, Guangfu Qian, Bingxian Chu, Zexing Jiang, Kexin Tan, Lin Luo, Bin Li, Shibin Yin*

Small

DOI: 10.1002/smll.202106773

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202106773