Создание катализаторов из сплава PtFe на основе гибридного мезопористого железа

15 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Ли Юань, Китайская академия наук

Интерметаллические сплавы на основе платины, обладающие высокой активностью и стабильностью, перспективны для ускорения катодной реакции восстановления кислорода (ОРР) и масштабного применения топливных элементов с протонообменными мембранами.

Атомно-дисперсные катализаторы Fe-NC играют значительную роль в повышении эффективности загруженных сплавов PtM (M = Fe, Co, Ni и т. д.) в качестве носителей для ORR.

Однако во время синтеза Fe-NC часто образуются наночастицы железа и оксиды железа, которые не являются стабильными и эффективными для ORR. Как эффективно использовать гибрид Fe-NC с легированием наночастицами железа или оксидами для повышения эффективности Pt, все еще остается сложной задачей.

Исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биотехнологических технологий (QIBEBT) Китайской академии наук (CAS) и их сотрудники изготовили высокодисперсные наночастицы PtFe, загруженные на мезопористый Fe-NC, используя мезопористый гибридный Fe-NC в качестве модельного носителя с помощью стратегия сплава на месте.

Результаты были опубликованы в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering 26 июня.

Они обнаружили, что H2PtCl6 может адсорбироваться в мезопористой гибридной наноструктуре, в основном легированной одиночными атомами Fe и небольшими количествами наночастиц и оксидов на основе Fe. И его можно было бы восстановить до Pt и легировать in situ вышеупомянутыми тремя видами железа во время последующей термической обработки.

Систематические характеристики показали, что окончательно полученные катализаторы состояли из сплава PtFe с атомным соотношением 1:1, а носитель представлял собой атомно-дисперсный Fe-NC без легирования другими фазами.

Синтезированный катализатор наилучшей производительности обеспечивал высокий потенциал 0,925 В при плотности тока 3 мА см-2 и достигал высокой массовой активности 497,5 мА mgPt-1 при 0,9 В для ОРР в 0,1 М HClO4. Что еще более важно, после 10 тыс. потенциальных циклов испытания на ускоренное разрушение наблюдалась потеря активности только на 17,9 %.

«Результаты открывают новое направление для рационального проектирования высокоэффективных катализаторов электрохимических реакций на основе Pt для ORR с использованием примесных атомных носителей Fe-NC», — сказал профессор Лян Ханьпу из QIBEBT, автор исследования.

Больше информации: Ксилонг ​​Ван и др., «Легирование на месте гибридным мезопористым Fe-N-C для повышения эффективности катализа Pt в реакции восстановления кислорода», ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c01836.

Информация журнала:ACS Устойчивая химия и инженерия

Предоставлено Китайской академией наук