Synergistic Hybrid Electrocatalysts of Platinum Alloy and Single-Atom Platinum for an Efficient and Durable Oxygen Reduction Reaction

铂金 材料科学 合金 溶解 催化作用 Atom(片上系统) 纳米技术 化学工程 光化学 物理化学 化学 冶金 有机化学 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Bowen Liu,Ruohan Feng,Michael Busch,Sihong Wang,Haofei Wu,Pan Liu,Jiajun Gu,Ashkan Bahadoran,Daiju Matsumura,Takuya Tsuji,Di Zhang,Fang Song,Qinglei Liu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (9): 14121-14133 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c04077
摘要

Pt single-atom materials possess an ideal atom economy but suffer from limited intrinsic activity and side reaction of producing H2O2 in catalyzing the oxygen reduction reaction (ORR); platinum alloys have higher intrinsic activity but weak stability. Here, we demonstrate that anchoring platinum alloys on single-atom Pt-decorated carbon (Pt-SAC) surmounts their inherent deficiencies, thereby enabling a complete four-electron ORR pathway catalysis with high efficiency and durability. Pt3Co@Pt-SAC demonstrates an exceptional mass and specific activities 1 order of magnitude higher than those of commercial Pt/C. They are durable throughout 50000 cycles, showing only a 10 mV decay in half-wave potential. An in situ Raman analysis and theoretical calculations reveal that Pt3Co core nanocrystals modulate electron structures of the adjacent Pt single atoms to facilitate the intermediate absorption for fast kinetics. The superior durability is attributed to the shielding effect of the Pt-SAC coating, which significantly mitigates the dissolution of Pt3Co cores. The hybridizing strategy might promote the development of highly active and durable ORR catalysts.
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