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黃宏文/王斌/劉茂昌Appl. Catal. B.: 首次報(bào)道！ETM Re摻雜PtNiGa NWs用于高效穩(wěn)定電催化ORR

設(shè)計(jì)并開發(fā)一種活性且耐用的氧還原反應(yīng)(ORR)催化劑對于燃料電池的商業(yè)化至關(guān)重要，但實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)仍然具有巨大的挑戰(zhàn)性。

近日，湖南大學(xué)黃宏文、西安交通大學(xué)王斌和劉茂昌等首次報(bào)道了前過渡金屬(ETM)Re在超薄PtNiGa納米線(Re-PtNiGa NWs)中的微量摻雜，以構(gòu)建一種集優(yōu)異活性、長期耐久性和高利用效率于一體的新型催化劑。

Re-PtNiGa NWs具有優(yōu)異的ORR活性，與商業(yè)Pt/C催化劑相比，Re-PtNiGa四金屬納米線的質(zhì)量活性(3.49 A mg^-1_Pt)和比活性(3.17 mA cm^-2，0.9 V_RHE)分別提高了19.6倍和11.3倍。

此外，Re-PtNiGa四金屬納米線在經(jīng)過 20000次加速耐久性試驗(yàn)(ADT)循環(huán)后，質(zhì)量活性降低了10.6%。由Re-PtNiGa NW作為陰極組裝的H₂-O₂ PEMFC具有出色的長期耐用性，在100小時內(nèi)輸出電流密度的衰減(4.9%)可以忽略不計(jì)。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，由于Re-PtNiGa NW的最佳電子結(jié)構(gòu)和獨(dú)特結(jié)構(gòu)之間的有利協(xié)同作用(Re摻雜劑可以將電子提供給Pt原子，這優(yōu)化了Pt位點(diǎn)的電子能帶結(jié)構(gòu))，導(dǎo)致含氧物種的結(jié)合強(qiáng)度減弱，從而提高ORR活性。

目前的工作不僅提供了一種優(yōu)異的ORR催化劑來促進(jìn)燃料電池的商業(yè)化，而且還證明了ETM摻雜策略是優(yōu)化多相催化劑的有效方法。

Trace Doping of Early Transition Metal Enabled Efficient and Durable Oxygen Reduction Catalysis on Pt-based Ultrathin Nanowires. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120918

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