Au/Pt Bimetallic Nanowires with Stepped Pt Sites for Enhanced C–C Cleavage in C2+ Alcohol Electro-oxidation Reactions

化学 双金属片 催化作用 酒精氧化 乙二醇 纳米线 键裂 氧化还原 化学工程 光化学 纳米技术 无机化学 有机化学 材料科学 工程类
作者
Kecheng Wei,Honghong Lin,Xueru Zhao,Zhonglong Zhao,Nebojša Marinković,Michael J. Morales,Zhennan Huang,Laura Perlmutter,Huanqin Guan,Cooro Harris,Miaofang Chi,Gang Lü,Kotaro Sasaki,Shouheng Sun
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (34): 19076-19085 被引量:50
标识
DOI:10.1021/jacs.3c07027
摘要

Efficient C-C bond cleavage and oxidation of alcohols to CO2 is the key to developing highly efficient alcohol fuel cells for renewable energy applications. In this work, we report the synthesis of core/shell Au/Pt nanowires (NWs) with stepped Pt clusters deposited along the ultrathin (2.3 nm) stepped Au NWs as an active catalyst to effectively oxidize alcohols to CO2. The catalytic oxidation reaction is dependent on the Au/Pt ratios, and the Au1.0/Pt0.2 NWs have the largest percentage (∼75%) of stepped Au/Pt sites and show the highest activity for ethanol electro-oxidation, reaching an unprecedented 196.9 A/mgPt (32.5 A/mgPt+Au). This NW catalyst is also active in catalyzing the oxidation of other primary alcohols, such as methanol, n-propanol, and ethylene glycol. In situ X-ray absorption spectroscopy and infrared spectroscopy are used to characterize the catalyst structure and to identify key reaction intermediates, providing concrete evidence that the synergy between the low-coordinated Pt sites and the stepped Au NWs is essential to catalyze the alcohol oxidation reaction, which is further supported by DFT calculations that the C-C bond cleavage is indeed enhanced on the undercoordinated Pt-Au surface. Our study provides important evidence that a core/shell structure with stepped core/shell sites is essential to enhance electrochemical oxidation of alcohols and will also be central to understanding electro-oxidation reactions and to the future development of highly efficient direct alcohol fuel cells for renewable energy applications.
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