催化活性位点周围的局部配位环境，对碳负载金属纳米颗粒电催化剂的活性调节起着至关重要的作用。然而，通过环境调控来改善性能，其电催化剂的合理设计受到严重限制，并对催化相如何形成的机制理解也不足。这里，通过在Pd/N-C催化剂中引入氟（F）原子,以改变Pd周围的配位环境，提高乙醇氧化反应和氧还原反应的催化活性和稳定性。相关数据表明，F原子的引入产生了更富氮的Pd表面，这有利于催化反应的进行，并且通过抑制Pd迁移和减少碳腐蚀来提高催化剂整体的耐久性。F修饰的Pd/N-C催化剂用于直接乙醇燃料电池，既用于乙醇氧化反应和氧还原反应，实现了最大功率密度达0.57 W·cm-2，运行时间超过5900小时。此外，该策略的普适性也得以验证，通过引入F原子也可以改善含其它杂原子(P、S、B)的Pd/C催化剂的催化性能。
 
 
Figure 1.氟化驱动重排局部配位化境（LCE）的示意图。F原子引入Pd/N-C中削弱了C-N键，将N原子迁移到Pd表面。
 
  
Figure 2. 所制备样品的结构表征。包括傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、电导率和紫外光电子能谱(UPS)。
 
  
Figure 3. Pd/X–F催化剂的形貌和原子结构。a–h，高角度环形暗场(HAADF) STEM图像和相应的元素分布。
 
  
Figure 4. 电化学ORR和EOR性能。a)ECSA比较。b-c) 半波电位。c) CO-TPD。d）循环30000圈后的ORR质量活性保留和半波损失。e) 循环10000圈后的EOR质量活性保留。f）乙醇转变成CO2的法拉第效率。
 
  
Figure 5. 直接乙醇燃料电池测试和稳定性。a) 稳态DEFC极化和功率密度曲线。b) DEFC稳定性。c，d）功率密度和稳定性比较。
  
      该研究工作由中佛罗里达大学杨阳课题组（第一作者是Jinfa Chang）于2021年发表在Nature Energy期刊上。原文：Improving Pd–N–C fuel cell electrocatalysts through fluorination-driven rearrangements of local coordination environment。

转自《石墨烯研究》公众号