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AEM:提高近10倍!Pt83Ni17 BNCs AG助力ORR

AEM:提高近10倍!Pt83Ni17 BNCs AG助力ORR
通過經濟和可控的途徑開發高效穩定的Pt基氧還原反應(ORR)電催化劑,對于電化學能量器件的實際應用至關重要。
基于此,中山大學劉衛教授和丹麥哥本哈根大學Jan Rossmeisl等人報道了通過構建高M-to-Pt-反滲透和B-摻入-催化富M核和富Pt殼水凝膠形成過程,證明了一種可擴展、可控和通用的含O2的水溶液培養策略,并制備了PtxMy(M=Ni、Fe、Co)聚束納米籠氣凝膠(BNCs AG)。
測試發現,Pt83Ni17 BNCs AG表現出顯著的ORR性能,質量活性(MA)為1.95 a mgPt?1,比活性為3.55 MA cm-2,分別是Pt/C的8.9倍和9.6倍。在20000次循環加速耐久性測試后,對比Pt/C(MA 31.8%的保持率),Pt83Ni17 BNCs AG顯示出極大增強的耐久性(MA 82.6%的保持率)。
AEM:提高近10倍!Pt83Ni17 BNCs AG助力ORR
通過密度泛函理論(DFT)計算,作者計算了Pt(111)面上的*OH和*O結合能。在模型中,假設*OH吸附在頂部,而*O吸附發生在fcc和hcp中空位點。當*O被吸附在中空位置時,相鄰的三個頂部和中空位置被阻塞,無法吸附。
當*OH被吸附時,相鄰的三個空穴無法到達。在*OH和*O結合能的預測中,考慮了最接近的原子組成。Ni原子距離最近的組合物較遠,導致特定吸附位點的結合能范圍接近正態分布,而不是離散值。總之,隨著Ni含量的增加,*O的覆蓋度增加。
AEM:提高近10倍!Pt83Ni17 BNCs AG助力ORR
利用Koutecky-Levich方程,作者進一步計算ORR極化曲線。根據Sabatier原理,假設結合位點的結合能接近ORR的最佳結合能時,結合位點的活性將呈現指數增加。通過歸一化ORR極化曲線,得到的在0.9 VRHE時的比活度是主體成分中Ni含量的函數。
本文利用DFT計算得到的表面覆蓋模型,連續篩選PtxNiy合金成分對ORR電催化活性的影響,顯示出火山類型的行為,Pt81Ni19表現最好。
這些理論計算結果與PtxNiy BNCs AGs的ORR性能實驗結果吻合較好,其中Pt83Ni17 BNCs AG的ORR性能優于PtxNiy BNCs AG,表明控制非貴金屬成分和應變效應對Pt合金電催化劑ORR性能的重要性。
AEM:提高近10倍!Pt83Ni17 BNCs AG助力ORR
Scalable and Controllable Synthesis of Pt-Ni Bunched-Nanocages Aerogels as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202204257.
https://doi.org/10.1002/aenm.202204257.

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