在PEMFC操作条件下，高性能的高负载氧还原反应 (ORR) Pt金属间化合物在实际应用中是非常需要的。然而，高金属负载量会导致纳米颗粒严重团聚和不均匀，其高效合成遭遇了巨大挑战。这里，提出了一种氧化钴辅助的结构演化策略，可控地合成高负载（44.7 wt%）亚6 nm富Pt壳层的Pt1Co1金属间化合物（Pt1Co1-IMC@Pt）。实验和理论明确揭示：Pt-Co 原子的有序排列使表面 Pt的d带中心下降， Pt/Co位点的抗氧化性增强，同时提高了ORR 活性和耐用性。在旋转圆盘电极测量中，在0.90V vs. RHE电位下，最优的催化剂显示出本征ORR活性最高可达0.53 A mg-1。基于该催化剂的质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有创纪录的功率密度（在80 ℃的H2-air/O2条件下为2.30/1.23 W cm-2），和极好的电化学稳定性。值得注意的是，从燃料电池计算出的MA@0.9 V达到0.46 A mg-1，超过了2020年DOE目标。该研究结果证明了高负载Pt1Co1-IMC@Pt/C催化剂优越的燃料电池性能，为低Pt催化剂在 PEMFCs中的未来实际应用中开辟了新途径。
 
  Figure 1.（a）Pt1Co1-IMC@Pt/C催化剂的合成步骤；(b)不同退火温度下样品的XRD图；(c)晶体结构；(d)不同持续时间下PtCo/C样品的结构演变；(e)退火过程中Pt1Co1-IMC@Pt/C催化剂的温度/时间演化的离位XRD图，(f)可能的结构演化机制示意图。
 
  
Figure 2. (a)低放大倍率TEM图，(b)尺寸分布直方图，(c) HRTEM，插图是700-Pt1Co1-IMC@Pt/C-2.5催化剂的快速傅立叶变换图像，(d)原子分辨率和(e)放大的STEM图像，(f–h)元素分布图，以及(I)线扫。
 
  
Figure 3.（a）Pt1Co1-IMC@Pt/C-2.5和商用Pt/C催化剂的CV曲线比较；(b)各种催化剂的ORR LSV曲线；(c)0.9V/RHE的质量活性和面积活性；(d-i) Pt1Co1-IMC@Pt/C-2.5和Pt/C催化剂的稳定性评估，包括ADT前后的CV、LSV、 SAs和MAs比较。
 
  
Figure 4. (a) Pt1Co1-IMC@Pt (b)纯Pt的计算模型；(c)铂在两个模型结构上的PDOS；(d)U = 0 V时，ORR过程的能量分布图；(e)有序和无序Pt1Co1合金结构中钴位置的氧吸附能。
 
  
Figure 5. (a)在H2-空气条件下，膜电极组件的稳态极化曲线；（b）0.8和0.65 V时的电流密度；(c) H2-O2燃料电池的性能比较；(d) Pt1Co1IMC@Pt/C和(e)商用Pt/C的H2-空气燃料电池在AST前后的极化曲线；（f）AST试验后的电压降和功率密度损失。
  
        该研究工作由上海高等研究院杨辉和邹亮亮课题组于2021年发表在Energy Environ. Sci.期刊上。原文：High-loaded sub-6 nm Pt1Co1 intermetallic compounds with highly efficient performance expression in PEMFCs。

转自《石墨烯研究》公众号