黄小青/王宇成/刘伟/杨志卿Angew.:HEA HPs实现DFAFC中高效甲酸催化

PtBiPbNiCo六方纳米片作为高性能电催化剂。

高熵合金(HEAs)在设计先进纳米材料方面引起了广泛兴趣,但其精确控制仍处于起步阶段。
基于此,厦门大学黄小青教授和王宇成副教授、南京理工大学刘伟教授、中科院金属研究所杨志卿研究员(共同通讯作者)等人报道了一种PtBiPbNiCo六方纳米片(HEA HPs)作为高性能电催化剂。
HEA HPs对甲酸氧化反应(FAOR)的比活性和质量活性分别达到27.2 mA cm-2和7.1 A mgPt-1,是Pt基催化剂中最高的,可以实现燃料电池膜电极组件(MEA)功率密度(321.2 mW cm-2)。
黄小青/王宇成/刘伟/杨志卿Angew.:HEA HPs实现DFAFC中高效甲酸催化
DFT计算,比较了FAOR在三种基底上的脱氢或脱水途径的热化学反应力。以能量最低的优化结构为基础,得到对应的中间体(HCOO*、COOH*和CO*)和自由能分布。
FAOR活性主要来源于两个脱氢步骤(HCOOH→HCOO*和HCOOH→COOH*)的直接氧化途径,而受限于通过脱水步骤(HCOOH→CO*)的间接氧化途径。Pt/C的吉布斯自由能图表明,由于CO*在表面的结合比CO2更强,导致Pt/C上的FAOR活性较低,脱水途径是能量有利的。
黄小青/王宇成/刘伟/杨志卿Angew.:HEA HPs实现DFAFC中高效甲酸催化
此外,HCOO*和COOH*的吉布斯自由能在直接氧化途径的整体FAOR动力学中起着重要的控制作用。第一个脱氢步骤是PtPb HPs/C的速率决定步骤,而HEA HPs/C不存在速率决定步骤,因为脱氢步骤(HCOOH→HCOO*和COOH*)都是放热反应。
两个脱氢步骤在HEA HPs/C表面呈下降趋势,表明两个脱氢步骤反应容易,FAOR性能优越。HEA HPs对FAOR的高活性可以归因于对脱水途径的抑制和对两个脱氢步骤的优化,受益于熵增加和晶格畸变效应。
黄小青/王宇成/刘伟/杨志卿Angew.:HEA HPs实现DFAFC中高效甲酸催化
Medium/High-Entropy Amalgamated Core/Shell Nanoplate Achieves Efficient Formic Acid Catalysis for Direct Formic Acid Fuel Cell. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202213783.
https://doi.org/10.1002/anie.202213783.

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