Ordered Pt3Mn Intermetallic Setting the Maximum Threshold Activity of Disordered Variants for Glycerol Electrolysis

金属间化合物 材料科学 电解 甘油 化学工程 冶金 化学 物理化学 合金 电极 有机化学 电解质 工程类
作者
Xuedong Zhang,Xiaowen Sun,Mingtao Li,Yujie Shi,Zhe Wang,Kepeng Song,Egon Campos dos Santos,Hong Liu,Xiaowen Yu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (7): 7154-7167 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c16468
摘要

Glycerol electrolysis is a promising strategy for generating hydrogen at the cathode and value-added products at the anode. However, the effect of the atomic distribution within catalysts on their catalytic performance remains largely unexplored, primarily because of the inherent complexity of the glycerol oxidation reaction (GOR). Herein, an ordered Pt3Mn (O-Pt3Mn) intermetallic compound and a disordered Pt3Mn (D-Pt3Mn) alloy are used as model catalysts, and their performance in the GOR and hydrogen evolution reaction (HER) is studied. O-Pt3Mn consistently outperforms D-Pt3Mn and commercial Pt/C catalysts. It can generate high-value glycerate at a notable production rate of 17 mM h-1 while achieving an impressively low cell voltage of 0.76 V for glycerol electrolysis, which is ∼0.98 V lower than that required for water electrolysis. Statistical analysis using theoretical calculations reveals that Pt-Pt-Pt hollow sites are crucial for the catalytic GOR and HER. The averaged adsorption energies of key intermediates (simplified as C*, O*, and H*) on diverse catalysts closely correlate with their experimentally observed activity. Our proposed linear models accurately predict these adsorption energies, exhibiting high correlation coefficients ranging from 0.97 to 0.99 and highlighting the significance of the distribution of the topmost and subsurface-corner Mn atoms in determining these adsorption energies. By sampling all possible Mn configurations within the fitted linear models, we confirm that O-Pt3Mn establishes the maximum activity threshold for the GOR and HER compared with any disordered variant. This study presents an innovative framework for exploring the effect of the atomic distribution within catalysts on their catalytic performance and designing high-performance catalysts for complex reactions.
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