Ultrahigh Stable Methanol Oxidation Enabled by a High Hydroxyl Concentration on Pt Clusters/MXene Interfaces

化学 过电位 甲醇 催化作用 乙二醇 化学工程 铂金 阳极 动力学 吸附 溶解 无机化学 电化学 物理化学 有机化学 电极 物理 工程类 量子力学
作者
Jiexin Zhu,Lixue Xia,Ruohan Yu,Ruihu Lu,Jiantao Li,Ruhan He,Yucai Wu,Wei Zhang,Xufeng Hong,Wei Chen,Yan Zhao,Liang Zhou,Liqiang Mai,Ziyun Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (34): 15529-15538 被引量:187
标识
DOI:10.1021/jacs.2c03982
摘要

Anchoring platinum catalysts on appropriate supports, e.g., MXenes, is a feasible pathway to achieve a desirable anode for direct methanol fuel cells. The authentic performance of Pt is often hindered by the occupancy and poisoning of active sites, weak interaction between Pt and supports, and the dissolution of Pt. Herein, we construct three-dimensional (3D) crumpled Ti3C2Tx MXene balls with abundant Ti vacancies for Pt confinement via a spray-drying process. The as-prepared Pt clusters/Ti3C2Tx (Ptc/Ti3C2Tx) show enhanced electrocatalytic methanol oxidation reaction (MOR) activity, including a relatively low overpotential, high tolerance to CO poisoning, and ultrahigh stability. Specifically, it achieves a high mass activity of up to 7.32 A mgPt-1, which is the highest value reported to date in Pt-based electrocatalysts, and 42% of the current density is retained on Ptc/Ti3C2Tx even after the 3000 min operative time. In situ spectroscopy and theoretical calculations reveal that an electric field-induced repulsion on the Ptc/Ti3C2Tx interface accelerates the combination of OH- and CO adsorption intermediates (COads) in kinetics and thermodynamics. Besides, this Ptc/Ti3C2Tx also efficiently electrocatalyze ethanol, ethylene glycol, and glycerol oxidation reactions with comparable activity and stability to commercial Pt/C.
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