Med hjälp av en strategi för att byta atmosfär följt av elektrokemisk dealloying, forskare har syntetiserat kompositionsklassade PtCu 3 @Pt 3 Cu@Pt nanodendriter som exponerar ytor med högt index, som uppvisade utmärkt ORR-aktivitet och stabilitet i sura elektrolyter. Kredit:Chinese Journal of Catalysis
Legering är en allmän och effektiv strategi för att öka den katalytiska aktiviteten hos Pt-katalysatorer mot syrereduktionsreaktion (ORR) genom elektroniska och geometriska effekter. Förutom, högindexytor (HIS) av Pt uppvisar också överlägsen ORR-aktivitet, härstammar huvudsakligen från lågkoordinerade steg- eller kinkatomer. Således, en kombination av legeringen och HIS skulle vara en lovande metod för att vidareutveckla utmärkta katalysatorer för ORR. Dock, Samtidig kontroll av legeringssammansättning och HIS exponering i nanoskala är fortfarande utmanande.
Nyligen, en forskargrupp ledd av professor Shengli Chen från Wuhan University, Kina designade en nanodendrit-elektrokatalysator av Pt-Cu-legering med rika taggiga grenar som exponerar n(111)x(110) HIS med en graderad sammansättning av PtCu 3 @Pt 3 Cu@Pt. Elektrokatalysatorn erhölls genom en atmosfärsmodulerad lösningsfassyntes följt av elektrokemisk dealloying. Resultaten publicerades i Chinese Journal of Catalysis .
Nanodendritmorfologi av PtCu 3 legering uppnås genom att kontrollera reaktionsatmosfärerna, mer specifikt, genom att initialt applicera en oxidativ atmosfär för att bilda konkava nanokuber av Pt-Cu-frön, och sedan byta till en inert atmosfär under vilken en explosiv tillväxt av dendriter äger rum. När man behåller den oxidativa atmosfären, Pt-Cu konkava kuber fortsätter att växa. Om du först ansöker om en inert atmosfär, femfaldiga tvillingar av Pt-Cu-kristaller bildas för att minimera ytenergin. De femfaldiga tvillingarna växer vidare till nanopolypoder under den inerta atmosfären, men förvandlas till konkava kuber om man byter till en oxiderande atmosfär på grund av dislokationerna i de femfaldiga tvillingarna. PtCu 3 nanodendriter är omgivna av en högindexyta med ett stort antal steg, med (111) planen som uppvisar ett gitterfransavstånd på 0,214 nm, vilket motsvarar en 5,3% gitterkrympning jämfört med 0,226 nm för Pt(111).
Elektrokemisk avlegering, utförs genom 100 cykler av cykliskt voltammogram (CV) med en skanningshastighet på 500 mV s -1 mellan 0,06 ~ 1,3 V (mot RHE) i O 2 -mättad 0,1 M HClO 4 lösning, användes för att erhålla HIS-katalysatorer med gradientkomposition från de framställda Pt-Cu-nanokristallerna. En Pt-rik yta erhölls medan HIS bibehålls, vilket leder till kompositionsgraderad PtCu 3 @Pt 3 Cu@Pt nanodendriter.
Den nanodendritiska strukturen och det låga Pt-innehållet ger tillsammans en hög specifik ECSA för att förbättra Pt-användningen, och HIS och gradientsammansättningen av katalysatorer ger tillsammans en hög syrereduktionskatalytisk aktivitet. PtCu 3 @Pt 3 Cu@Pt nanodendriter uppvisar utmärkta mass- och areaaktiviteter av Pt för ORR i 0,1 M HClO 4 lösning, som är 15 och 24 gånger högre än Pt/C, respektive. DFT-beräkningar visar att Cu-legering och HIS båda har bidragit till den avsevärt förbättrade aktiviteten av Pt, och att syrebindningsenergin på stegställena för HIS på PtCu 3 @Pt 3 Cu@Pt nanodendriter närmar sig det optimala värdet för att ge ORR-aktivitet nära den så kallade vulkantoppen.
