考虑到过度使用传统化石燃料造成的严重能源和环境危机,开发和利用高效清洁能源势在必行,使得各种电化学能源转换技术,如直接醇燃料电池、直接甲酸燃料电池(DFAFCs)和质子交换膜燃料电池等,是非常理想的。在DFAFCs介质中设计具有显著膜电极组件(MEA)性能的高效甲酸氧化反应(FAOR)催化剂是重要但具有挑战性的。 厦门大学黄小青、卜令正和南京理工大学Wei
Liu报道了单斜相铂碲纳米海参状状(m-PtTe NT)作为一种具有理想直接反应途径的高活性、选择性和稳定的FAOR催化剂。m-PtTe NT分别表现出6.78 mA cm-2和3.2 A mgPt-1的高比活性和质量活性,分别是商用Pt/C、菱形相Pt2Te3 NT(r-Pt2Te3 NT)和三角相PtTe2NT(t-PtTe2 NT)的35.7/22.9倍、2.8/2.6倍和3.9/2.9倍。m-PtTe
NT也可以实现直接FAOR途径的最高反应趋势和对有毒CO中间体的最佳耐受性。即使在单电池基中,m-PtTe NT也可以显示出比商业Pt/C高得多的MEA功率密度(171.4 mW cm-2)和稳定性(5660 s后53.2%的电压损失),显示了DFAFCs装置的巨大潜力。相关工作以“Highly Selective
Synthesis of Monoclinic-Phased Platinum-Tellurium Nanotrepang for Direct Formic
Acid Oxidation Catalysis”为题发表在国际著名期刊Journal of the
American Chemical Society上。
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研究要点
要点1. 作者成功构建了一类表面不平整、晶相可控的海参状PtTe基纳米材料,即单斜相PtTe纳米孔(m-PtTe NT)、菱形相Pt2Te3NT(r-Pt2Te3NT)和三角相PtTe2 NT(t-PtTe2 NT)。 要点2. 结果表明,相对于rPt2Te3 NT和t-PtTe2NT以及商业Pt/C,m-PtTe NT可以表现出优异的活性、更好的稳定性、更高的反应倾向和增强的FAOR性能。m-PtTe NT/C显示3.2
A mgPt-1和6.78 mA cm-2的FAOR质量和比活性,分别是商用Pt/C、r-Pt2Te3 NT/C和t-PtTe2NT/C的22.9/35.7、2.6/2.8和2.9/3.9倍。m-PtTe NT/C显示出最高的DRP趋势(1.88),远大于r-Pt2Te3NT/C(0.47)、t-PtTe2NT/C(0.67)和商业Pt/C(0.13)的DRP倾向以及最佳的FAOR稳定性。在复杂的单一DFAFCs条件下,m-PtTe NT/C也可以达到比商用Pt/C高得多的MEA功率密度(171.4
mW cm-2)和更好的稳定性(在200 mA cm-2的电流密度下5660 s的电压损耗为53.2%),证明了m-PtTe-NT/C在实际DFAFCs器件中的巨大潜力。 要点3. 原位傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)共同证明,m-PtTe NT独特的结构可以有效抑制脱水途径的发生和CO中间体的吸附,并促进甲酸分子的反应性,从而实现了对CO的高耐受性和FAOR性能的提高。密度泛函理论(DFT)模拟进一步表明,与r-Pt2Te3NT和t-PtTe2 NT表面相比,m-PtTe
NT表面可以有效降低甲酸分子分解和氧化的活化能垒,并且反应更倾向于通过m-PtTe NT的脱氢途径发生。与CO的结合较弱,产生CO的活化能相对较高,使m-PtTe NT具有更高的耐中毒性和更好的FAOR活性。 该工作通过相工程策略实现了用于DFAFCs的先进Pt基阳极催化剂的显著FAOR和MEA性能。
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研究图文
图1. m-PtTe NT的形貌和结构表征。
图2. r-Pt2Te3NT和t-PtTe2 NT的结构和组成表征。
图3. m-PtTe NT/C的FAOR和MEA性能评价。
图4.不同催化剂的XPS和原位FTIR分析。
图5. m-PtTe NT、r-Pt2Te3 NT和t-PtTe2NT的DFT计算。
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文献详情
Highly Selective Synthesis of
Monoclinic-Phased Platinum-Tellurium Nanotrepang for Direct Formic Acid
Oxidation Catalysis Chengyuan
Dong, Xinyao Wang, Zhipeng Zhu, Changhong Zhan, Xin Lin, Lingzheng Bu,* Jinyu
Ye, Yucheng Wang, Wei Liu,* Xiaoqing Huang*J.
Am. Chem. Soc.DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.3c03317