Anchored Pt-Co Nanoparticles on Honeycombed Graphene as Highly Durable Catalysts for the Oxygen Reduction Reaction

材料科学 催化作用 石墨烯 耐久性 纳米颗粒 电解质 化学工程 氧化物 氧气 纳米技术 电催化剂 复合材料 有机化学 电极 电化学 冶金 物理化学 工程类 化学
作者
Rui Lin,Tong Zheng,Liang Chen,Hong Wang,Xin Cai,Ying Sun,Zhixian Hao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (29): 34397-34409 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acsami.1c08810
摘要

Durability is an important factor in evaluating the performance of a catalyst. In this work, the spatial protection of the carrier to nanoparticles was considered to improve the durability of the catalyst. It is found that a honeycombed graphene with a three-dimensional (3D)-hierarchical porous structure (3D HPG) can help to reduce the shedding of Pt-Co nanoparticles (Pt-Co NPs) because 3D HPG can form a protective layer to reduce the direct erosion of Pt-Co NPs on the interface by an electrolyte. Then, appropriate oxygen groups were introduced on the 3D reduced hierarchical porous graphene oxide (3D rHPGO) to improve the dispersion of Pt-Co NPs on the surface of the carrier. It was found that the Pt d-band of the catalyst was anchored by π sites of carbonyl of an oxygen group. After optimization, the catalyst (referred to as Pt-Co/3D rHPGO) achieved a 2-fold enhancement in mass activity than that of a commercial Pt/C catalyst. More importantly, after the accelerated durability test (ADT) of 20 000 cycles, the Pt-Co/3D rHPGO catalyst can almost sustain this level of performance, whereas other catalysts showed a comparatively large loss of activity. According to the results, the high durability of Pt-Co/3D rHPGO was attributed to spatial protection of Pt-Co NPs and the defects on the surface allowed the electrolyte to enter. In addition, oxygen groups provided an anchoring effect on nanoparticles. Thus, the Pt-Co/3D rHPGO electrocatalyst exhibited splendid durability, holding a potential to be applied in PEMFC for long-term work.
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