聚合物电解质膜燃料电池由于其低工作温度、高功率密度和快速启动等优点而受到广泛关注。通过将Pt催化剂与其他金属合金化、将其小型化至纳米级以及控制其形貌或纳米结构的方法来改善Pt催化剂的电催化性能具有重大意义。其中，晶界(GB)是晶体结构中的缺陷，通常已知其对各种电催化反应具有高度活性，但从真正的催化表面的角度来看，对表面缺陷影响的基本理解仍不清楚。基于此，国立庆北大学Sang-Il Choi、韩国科学技术院Sang Woo Han和浦项科技大学Chang Hyuck Choi等在合成过程中通过机械搅拌和磁场从Pt-Co纳米线中引入或去除GB，确定GBs在氧还原反应(ORR)中对双金属铂-钴(Pt-Co)纳米催化剂的不利行为。作为模型催化剂，研究人员合成了富含GB的Pt-Co纳米线(Pt-Co GB-NWs)和单晶Pt-Co纳米线(Pt-Co SC-NWs)，它们具有非常相似的直径、Pt-Co比和富含Pt的表面结构，而GB可以通过在合成过程中施加外部磁场来精确控制。Pt-Co NWs中GBs的存在促进了在施加的电化学电位下Co的浸出，导致表面Pt-Co比发生显著变化。与Pt-Co SC-NW相比，由此产生的Pt-Co GB-NW的ORR活性只有一半。结果表明，表面GB位点导致元素浸出而失活，并且可能不能作为Pt-Co纳米线催化剂的ORR促进剂。研究人员对ORR进行加速耐久性试验(ADT），测量ORR极化曲线和CV，以比较电催化性能的变化。在5000次CV循环后，Pt-Co GB NWs/C的ECSAHUPD和质量活性分别增加了12%和3.3%；TEM图像显示，小纳米粒子在GB位置的显著分离可能会导致ECSAHUPD增加，从而使得ORR活性增加。研究人员使用在线ICP-MS研究了Pt-Co NWs的浸出阐明电化学活化过程中表面结构的变化，即Pt和Co的溶解。由于ORR比活性取决于*OH中间物种在催化表面上的结合强度，高Pt-Co组成比的Pt-Co-GB NWs/C中的Co浸出可能会导致*OH结合强烈，从而降低ORR活性。故晶体结构有序性是提高铂基合金材料ORR性能的一条有前途的途径。Understanding the Grain Boundary Behavior of Bimetallic Platinum-Cobalt Alloy Nanowires toward Oxygen Electro-Reduction. ACS Catalysis, 2022. DOI:10.1021/acscatal.1c05766
目前评论：0