【摘要】 Pt是促进质子交换膜燃料电池中ORR最有效的电催化剂。为了缓解铂基电催化剂面临的关键问题，需要开发具有高活性和耐久性的新型催化剂合成策略。

文章背景

 

 

Pt是促进质子交换膜燃料电池中ORR最有效的电催化剂。为了缓解铂基电催化剂面临的关键问题，需要开发具有高活性和耐久性的新型催化剂合成策略。利用富Pt核壳纳米结构不仅提高了Pt的利用率，而且利用核壳相互作用保护了核心元素。

 

随着 Pb、Bi等元素的引入，原位金属间化合物核通过应变和电子配体效应与面心立方(FCC)相Pt壳发生强烈相互作用，从而大大提高了催化剂的ORR活性和耐久性。

 

超薄的纳米结构可以导致更高的表面原子活性位点暴露。此外，超薄纳米结构还能很好地调节表面原子的晶格压缩/拉伸应变，从而提高各自活性位点所表现出的本构活性。

 

结合多金属纳米材料催化剂、核壳和超薄纳米结构催化剂的特点，是合成多金属核壳和超薄纳米片催化剂的一种有前景的策略。

 

文章详情

 

广西大学沈培康课题组等人提出了以大量Pd纳米片为核心，促进Pt-Ni原子沉积在Pd NSs表面，形成Pd/PtNi核壳纳米片(Pd@PtNi NSs)。然后，以商用Pt/C催化剂为参比，考察了不同壳层厚度的Pd@PtNi NSs催化剂的ORR活性和耐久性。

 

Pd@PtNi NSs 1、Pd@PtNi NSs 2和Pd@PtNi NSs 3催化剂的初始质量活性分别是Pt/C的2.16、6.25和2.3倍。此外，中等壳层厚度的Pd@PtNi NSs 2催化剂在10000次循环后的MA仍是商用Pt/C催化剂的4倍以上。

 

结果表明，不同的Pt-Ni壳层厚度对催化剂性能的影响不同。因此，适当的Pt-Ni壳层厚度可以有效提高核壳结构催化剂的电催化活性和耐久性。

 

 

结果与讨论

 

图2是催化剂的形貌表征。

 

图3是催化剂的ORR性能表征

 

作者提出了一种通过简单改变Pt-Ni前驱体浓度来控制Pd@PtNi纳米催化剂壳层厚度的方法。在使用相同的Pd NSs作为基体的前提下，调整Pt-Ni前驱体的浓度不仅会改变Pt-Ni壳层的厚度，而且会对沉积量和沉积速率产生重要影响。

 

微量Pt-Ni前驱体沉积在Pd-NS上时，原子沉积速率远低于扩散速率，得到了沉积不足且壳层厚度最薄的Pd@PtNi NS 1催化剂。Pd@PtNi NS 2催化剂由于充分的沉积、广泛的涂层和原子间合金化，具有优异的ORR活性和耐久性。

 

因此，采用这种底物沉积法制备核壳型催化剂纳米材料时，需要控制前驱体的浓度。不同的前驱体浓度对催化剂的壳层厚度、沉积速率和ORR性能有不同的影响。

 

Chen Q, Chen Z, Ali A, et al. Shell-thickness-dependent Pd@ PtNi core–shell nanosheets for efficient oxygen reduction reaction. Chemical Engineering Journal, 2022, 427: 131565.2.

 

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