Coupling Single‐Atom Sites and Ordered Intermetallic PtM Nanoparticles for Efficient Catalysis in Fuel Cells

金属间化合物 催化作用 过渡金属 材料科学 纳米颗粒 质子交换膜燃料电池 氧化物 化学工程 金属 碳纤维 化学 纳米技术 冶金 复合材料 生物化学 合金 复合数 工程类
作者
Fangyao Zhou,Yaner Ruan,Mengzhao Zhu,Xiaoping Gao,Wenxin Guo,Xiaokang Liu,Wenyu Wang,Min Chen,Geng Wu,Tao Yao,Huang Zhou,Yuen Wu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (45) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/smll.202302328
摘要

The design of an efficient catalytic system with low Pt loading and excellent stability for the acidic oxygen reduction reaction is still a challenge for the extensive application of proton-exchange membrane fuel cells. Here, a gas-phase ordered alloying strategy is proposed to construct an effective synergistic catalytic system that blends PtM intermetallic compounds (PtM IMC, M = Fe, Cu, and Ni) and dense isolated transition metal sites (M-N4 ) on nitrogen-doped carbon (NC). This strategy enables Pt nanoparticles and defects on the NC support to timely trap flowing metal salt without partial aggregation, which is attributed to the good diffusivity of gaseous transition metal salts with low boiling points. In particular, the resulting Pt1 Fe1 IMC cooperating with Fe-N4 sites achieves cooperative oxygen reduction with a half-wave potential up to 0.94 V and leads to a high mass activity of 0.51 A mgPt-1 and only 23.5% decay after 30 k cycles, both of which exceed DOE 2025 targets. This strategy provides a method for reducing Pt loading in fuel cells by integrating Pt-based intermetallics and single transition metal sites to produce an efficient synergistic catalytic system.
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