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邢伟/袁勋Nat. Commun.: 增强原子精度Pt6纳米团簇的氢电氧化性能,“配体效应”功不可没!
碱性交换膜燃料电池(AEMFC)因其绿色环保和高能效而被认为是最有前途的能源转换装置之一。但对于阳极氢氧化反应(HOR),碱性介质中缓慢的HOR动力学(与酸性介质相比)需要更高的Pt负载量(几乎是酸性介质中的十倍),因此不可避免地导致高成本。

为了降低催化剂的价格并保持高的催化性能,中国石油大学(华东)邢伟青岛科技大学袁勋等在极性较小的介质中使用温和的还原剂硼烷-叔丁胺(TBAB),并选择三苯基膦(PPh3)分子作为良性保护剂,制备出Pt6(PPh3)4ClNCs碱性HOR催化剂。
受益于自我优化的配体效应和原子精度结构,纳米团簇电催化剂表现出高质量活性、高稳定性,并且优于Pt单原子和Pt纳米颗粒类似物。在0.1 M KOH溶液中,Pt6(PPh3)4ClNCs表现出比大多数先前报道的铂族金属(PGM)催化剂更好的活性;对Pt6(PPh3)4ClNCs催化剂进行加速耐久性测试(ADT),发现Pt6(PPh3)4ClNCs的ECSA在1000和2000次循环后分别下降3.6%和15.2%,表明Pt6(PPh3)4ClNCs具有优异的稳定性。
实验结果和理论计算表明,PtNCs结构和PPh3配体(配体效应导致d带中心的下移)可能在调节HBE、OHBE、H2O形成能和CO吸收能方面起决定性作用;PtNCs/C催化剂与CO的结合能低得多,表现出优异的CO耐受能力。该研究举例说明了Pt NCs在高性能HOR催化中的应用,这里所传达的信息可能对未来设计用于能量转换的金属NCs基电催化剂具有启发作用。
Atomic-precision Pt6 Nanoclusters for Enhanced Hydrogen Electro-oxidation. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-29276-7


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