黄小青/杨利明Nano Letters：非晶化活化多金属Pd合金，增强电催化氧还原活性

燃料电池能够将化学能直接转化为电能，具有效率高、环境友好等优点。氧还原反应(ORR)作为燃料电池中的阴极反应，是一个动力学缓慢的多电子、多步反应，在燃料电池的实际应用中起着至关重要的作用。Pt基催化剂一直作为催化ORR的有效的催化剂，但其稀缺性和高昂的价格限制了它的大规模使用。近年来，Pd基纳米材料由于具有与Pt相似的电子结构，相当的性能以及对甲醇和CO的更高耐受性，已经成为ORR中Pt基电催化剂的替代品之一。因此，目前急需合理设计和开发具有显着增强的ORR性能的高效Pd基电催化剂，以进一步推动Pd基催化剂在ORR中的大规模应用。

近日，厦门大学黄小青和华中科技大学杨利明等报道了一个通过引入磷(P)来制备非晶态Pd基纳米材料的一般策略。通过这种方法，研究人员成功地获得了多种含有一到五种不同金属元素的非晶态结构的Pd基多金属纳米材料。与相应的晶态Pd基纳米粒子相比，非晶态Pd基纳米粒子具有更高的氧还原反应(ORR)活性和耐久性。具体而言，与Pd NPs (0.134 A mg_Pd^-1和28.4%)相比，一元P-Pd NPs的ORR质量活性增强3.59倍(0.481 A mg_Pd^-1)和活性衰减程度减小(15.9%)。

当进一步延伸金属组分时，由于非晶态结构和多金属组分效应，五元P-PdCuNiInSn纳米粒子的质量活性高达1.04 A mg_Pd^-1，活性衰减可忽略不计(1.8%)，远优于晶态PdCuNiInSn纳米粒子(0.596 A mg_Pd^-1和14.4%)和Pd纳米粒子。

此外，理论计算表明，P诱导的非晶化和金属组分的膨胀都会降低RDS中的ΔG_max，并且这两种效应的协同作用使RDS中的ΔG_max降低，导致催化活性显著提高。综上，该项工作展示了制备具有大幅度提高ORR性能的非晶纳米材料的一般策略，为设计高效的燃料电池反应催化剂提供了指导。

Amorphization activated multimetallic Pd alloys for boosting oxygen reduction catalysis. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04045

黄小青/杨利明Nano Letters：非晶化活化多金属Pd合金，增强电催化氧还原活性

相关推荐