Pt基IMCs(IMCs,金属间化合物)纳米粒子可以具有增强的电子特性,从而提高其催化活性,但确保完全原子扩散所需的高温通常会导致更大的纳米粒子的生长-烧结,表面积降低,因此整体活性较低。
有鉴于此,中国科学技术大学梁海伟教授、林岳与北京航空航天大学水江澜教授等人,发展了一种高温硫锚定合成方法学,实现了小尺寸金属间化合物燃料电池催化剂的普适性合成。
本文要点
1)在多孔硫掺杂碳载体上制备了平均粒径小于5纳米的铂金属间化合物。硫掺杂碳载体可以形成强大的铂-硫键,使小的铂合金纳米颗粒(直径小于5纳米)可以稳定到1000℃。
2)基于该高温硫锚定方法,构建出由46种小尺寸Pt基IMCs催化剂组成的材料库,包括20种二元(囊括了所有3d过渡金属元素和数种p区元素)以及26种多元IMCs,并用它们来研究电催化氧还原反应活性对合金成分和铂表皮应变的依赖性。
3)所制备的部分IMCs催化剂表现出优异的电催化氧还原性能。氢氧燃料电池测试表明,PtNi IMC催化剂展现出超高质量活性(0.9V电压下达1.84 A/mgPt)。具有超低Pt负载的PtCo IMC阴极在高化学计量比气流下达到了1.08 W/cm2的峰值功率密度。
参考文献:
Chenglong Yang et al. Sulfur-anchoring synthesis of platinum intermetallic nanoparticle catalysts for fuel cells. Science, 2021.
DOI: 10.1126/science.abj9980
https://doi.org/10.1126/science.abj9980