福大/苏大/深航院AFM: Ti单原子强化Pt基金属间化合物，高效稳定催化ORR

Pt基金属间化合物具有优异的结构和电子性能，已被用作高性能ORR电催化剂。Pt基金属间化合物的耐久性是通过Pt与过渡金属原子之间强的d-d轨道相互作用来改善的，这种相互作用阻止了不稳定过渡金属的溶解。在Pt基金属间化合物表面形成富Pt层不仅可以进一步提高Pt基金属间化合物的稳定性，而且可以优化Pt位点的电子结构，减弱Pt位点对ORR中间体的吸附强度，这将加速*OH的去除，并改善催化剂的性能。然而，Pt位点对ORR中间体的吸附强度太弱，可能不利于O₂的活化(O₂-*OOH)。因此，合理设计Pt基金属间化合物，精确调节Pt的电子结构，使ORR中间体达到理想的吸附条件，对ORR的实际应用具有重要意义。

近日，福州大学程年才、苏州大学钟俊和深圳航天科技创新研究院吕海峰等通过调节单原子Ti修饰的活性N掺杂多孔碳(Ti-a-NPC)上超小L1₂-Pt₃Co (平均粒径2.62 nm)的电荷重排来平衡O₂活化/*OH去除，从而实现高效稳定催化ORR。

Ti-a-NPC的Ti单原子通过形成Pt-Ti键来锚定Pt基金属间纳米粒子，这种锚定效应与多孔结构的约束效应协同作用，不仅在整个有序过程中限制了Pt基金属间化合物的尺寸增加，而且在燃料电池操作条件下也抑制了金属纳米粒子的脱落和迁移。此外，孔径为1-2 nm的Ti-a-NPC可以充分暴露Pt基金属间纳米粒子，使催化剂的性能得到充分提升。

因此，L1₂-Pt₃Co/Ti-a-NPC的质量活性高达1.765 A mg_Pt⁻¹。同时，经过30000次加速耐久性试验(ADTs)，L1₂-Pt₃Co/Ti-a-NPC的电化学活性表面积(ECSA)和电化学活性表面积(MA)分别降低了4.6%和3.7%，而工业Pt/C催化剂的ECSA和MA分别降低了31%和37.1%。结合理论模拟，引入的Ti原子与L1₂-Pt₃Co NPs之间形成Pt-Ti键，并在ORR过程中起到加速电荷转移的通道作用；同时，由于Ti-a-NPC具有很强的氧亲和力，它也可以作为O₂活化的位点，为L1₂-Pt₃Co提供加速ORR过程的反应物。

值得注意的是，L1₂-Pt₃Co的界面电荷将集中在Ti原子上，并缓冲到N原子上，这使得L1₂-Pt₃Co的d带中心仅略微上移，从而优化了活性中心对含氧中间体的吸附性能，提高了催化剂的效能。

Ti single atom enhancing Pt-based intermetallics for efficient and durable oxygen reduction. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202406347

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