Pd的溶解和碳载体的腐蚀可能会降低Pd基催化剂上Pt单层（ML）的稳定性，这将导致其对氧还原反应（ORR）的电催化性能下降。研究表明，碳化钨（WC）具有良好的导电性，金属-载体相互作用特性等特点，同时在许多电化学反应中也可以取代Pt用作ORR电催化剂载体。近日，布鲁克海文国家实验室，石溪大学Liang Song和Kotaro Sasaki等人设计了一种简便的方法来制备沉积在碳负载的钨镍（WNi）基底上的由钯纳米片（Pd_NS）组成的2D层状基底上的Pt单层（Pt_ML）催化剂（Pt_ML/Pd_NS /WNi/C）。Pd_NS可以显著增强碱性介质中Pd_NS/WNi/C催化剂和酸性介质中Pt_ML/Pd_NS /WNi/C催化剂的ORR性能。

文章要点：

1）首先通过Pd自发置换W和Ni而产生Pd原子核，然后在经过CO还原和表面整形剂，从而产生以（111）取向为主的2D钯纳米片（Pd_NS）。在随后的沉积过程中，在WNi上制备了Pd_NS/WNi/C催化剂。这其中，WNi基体作为Pd_NS和碳载体之间的中间层发挥了重要作用。通过欠电位沉积（UPD）方法，将Pt单层（PtML）沉积到制备好的Pd_NS/WNi/C上，进而制备出Pt_ML/Pd_NS /WNi/C催化剂。

2）通过电催化性能测试，Pd_NS/WNi/C和Pt_ML/Pd_NS /WNi/C的ORR活性和耐用性均远高于市售Pd/C在0.1 M KOH中和Pt/C在0.1 M HClO₄中的活性。

3）Pd_NS的（111）取向，增强了电催化剂的活性；WNi基体的存在抑制了Pd-O键的形成进而抑制纳米片边缘上Pd原子的氧化和溶解，同时Pd_NS边缘的凹形结构可能导致额外的形状诱导收缩，从而提高Pd_NS的稳定性；此外，由于受到高覆盖率的WNi基材的保护，也提高了碳载体的稳定性。这种协同效应增强了Pt_ML/Pd_NS /WNi/C的ORR性能。

Liang Song, et al, Enhancing Oxygen Reduction Performance of Pt Monolayer Catalysts by Pd(111) Nanosheets on WNi Substrates, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c00040

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c00040