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多相催化研究:PtRu催化劑與氮摻雜碳載體的協同促進HOR!
來源: 時間:2023-09-14 14:15:41 瀏覽:2719次

第一作者:Weiyan Ni

通訊作者:胡喜樂教授、William E. Mustain

通訊單位:瑞士洛桑聯邦理工學院,美國南卡羅來納大學

DOI: 10.1038/s41929-023-01007-1



研究背景


氫氧化物交換膜燃料電池(HEMFC)是一種具有潛在經濟效益的能源轉換技術。目前最先進的HEMFCs需要高負載量的鉑族金屬(PGM)催化劑,特別是用于氫氧化反應(HOR)。然而,高成本限制了其進一步發展。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生強的金屬-支撐相互作用,很少材料在質量活度和本征活性方面優于基準PtRu合金。此外,界面水已被確定為影響HOR/HER動力學的重要因素,但水-催化劑的界面相互作用在很大程度上是非共價的,不能被催化劑的電子結構所調節。基于此,瑞士洛桑聯邦理工學院胡喜樂教授和美國南卡羅來納大學William E. Mustain等人發現了一種多孔氮摻雜碳(pN-C)作為PGM基HOR催化劑的優良載體。對比碳黑負載的催化劑,PGM/ pN-C催化劑具有更高的HOR活性。



文章要點


要點1本文開發了一種多組分協同的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,比以前的基準PtRu/C高出兩倍以上。

要點2實驗表征結果揭示了pN-C載體的多重作用。Pt單原子(SAs)在含Pt催化劑中創造了良好的界面水結構。優化后的多孔氮摻雜碳負載型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量活性。

要點3低負載量PtRu/pN-C HOR催化劑在使用較低的PGM負載和零背壓的情況下,比美國能源部(DOE)2022年的目標(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機理研究

 

圖4.最優PtRu/pN-C催化劑的電化學測試

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具?,F代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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