在铂基催化剂中掺入金是一种很有前途的缓减组分损失的策略。然而,目前对这种缓解组分损失的机理尚不清楚,这极大限制了催化剂的设计和性能的优化。
有鉴于此,北京航空航天大学郭林教授和Dong‐Feng Zhang等人,对Au/Pt基核壳结构中Au原子的向外扩散提供了直接的实验证据。
本文要点
1)在Au核和PtCo壳层之间建立了Co中间层,以排除由于界面合金化引起的原子扩散的可能性。结合Au/Pt基核壳结构催化剂耐久性的提高,有理由得出这样的结论:是次表层分离的Au原子而不是界面相互作用提高了Au/Pt基核壳结构催化剂对氧还原反应的催化耐久性。
2)更重要的是,通过构建Au‐core@Co‐interlayer@PtCoAu‐壳多层结构,其比活性(1.730 mA cm-2)和质量活性(0.692 A mg-1Pt)相对于商业Pt/C分别提高了7倍和4倍。
3)经过1万次加速耐久性试验,多层催化剂的质量活性损失低至6.14%,而商用Pt/C催化剂的质量活性损失超过35%。Au@Co@PtCoAu多层结构的催化性能的提高,可以归因于精细调制的电子结构和由于精细结构设计而缓解的组分损失。
总之,该工作明确了金在改善铂基催化剂稳定性中的作用,对催化剂的设计和性能的优化具有重要的借鉴意义。
参考文献:
Li‐Ming Guo et al. Structure Design Reveals the Role of Au for ORR Catalytic Performance Optimization in PtCo‐Based Catalysts. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202001575
https://doi.org/10.1002/adfm.202001575