Aufbau von PtFe-Legierungskatalysatoren durch hybrides mesoporöses Fe

15. August 2023

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von Li Yuan, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Intermetallische Legierungen auf Pt-Basis mit hoher Aktivität und Stabilität sind vielversprechend für die Beschleunigung der kathodischen Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) und die großtechnische Anwendung von Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen.

Atomar dispergierte Fe-NC-Katalysatoren spielen eine wichtige Rolle bei der Förderung der Effizienz beladener PtM-Legierungen (M=Fe, Co, Ni usw.) als Träger für die ORR.

Bei der Fe-NC-Synthese bilden sich jedoch häufig Eisennanopartikel und Eisenoxide, die für die ORR nicht stabil und effizient sind. Es ist immer noch eine Herausforderung, den Fe-NC-Hybrid mit Eisennanopartikeln oder Oxiddotierung sinnvoll zu nutzen, um die Effizienz von Pt zu steigern.

Forscher des Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und ihre Mitarbeiter haben hochdisperse PtFe-Nanopartikel hergestellt, die auf mesoporösem Fe-NC beladen sind, und dabei mesoporöses Hybrid-Fe-NC als Modellträger verwendet -situ-Legierungsstrategie.

Die Ergebnisse wurden am 26. Juni im Journal of ACS Sustainable Chemistry & Engineering veröffentlicht.

Sie fanden heraus, dass H2PtCl6 in der mesoporösen Hybridnanostruktur adsorbiert werden konnte, die hauptsächlich mit Fe-Einzelatomen und kleinen Mengen an Fe-basierten Nanopartikeln und Oxiden dotiert war. Und es konnte bei der anschließenden thermischen Behandlung zu Pt reduziert und in situ mit den oben genannten drei Eisenarten legiert werden.

Systematische Charakterisierungen zeigten, dass die schließlich erhaltenen Katalysatoren aus einer PtFe-Legierung mit einem Atomverhältnis von 1:1 bestanden und der Träger atomar dispergiertes Fe-NC ohne andere Phasendotierung war.

Der synthetisierte Hochleistungskatalysator lieferte ein hohes Potential von 0,925 V bei einer Stromdichte von 3 mA cm-2 und erreichte eine hohe Massenaktivität von 497,5 mA mgPt-1 bei 0,9 V für die ORR in 0,1 M HClO4. Noch wichtiger ist, dass nach 10.000 potenziellen Zyklen des beschleunigten Zerfallstests nur ein Massenaktivitätsverlust von 17,9 % beobachtet wurde.

„Die Ergebnisse bieten eine neue Richtung für das rationale Design hocheffizienter elektrochemischer Reaktionskatalysatoren auf Pt-Basis für ORR unter Verwendung der unreinen atomaren Fe-NC-Träger“, sagte Prof. Liang Hanpu von QIBEBT, korrespondierender Autor der Studie.

Mehr Informationen: Xilong Wang et al., In-situ-Legierung mit hybridem mesoporösem Fe-N-C zur Beschleunigung der Katalyseeffizienz von Pt für die Sauerstoffreduktionsreaktion, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c01836

Zeitschrifteninformationen:ACS Nachhaltige Chemie und Technik

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften