Boosting the Electrocatalytic Formic Acid Oxidation Activity via P-PdAuAg Quaternary Alloying

材料科学 甲酸 脱氢 密度泛函理论 电化学 催化作用 合金 化学工程 物理化学 计算化学 电极 化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Shuke Huang,Jun Li,Xiaosha Wang,Yongshuai Kang,Yongjian Zhao,Hu Wang,Peixin Zhang,Lei Zhang,Chenyang Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00708
摘要

Direct formic acid fuel cells (DFAFCs) are considered promising sustainable power sources due to their high energy density, nonflammability, and low fuel crossover. However, serious CO poisoning and activity attenuation of the anodic formic acid oxidation reaction (FAOR) greatly restrict the output and durability of DFAFCs. Inspired by the specific relationship between the composition, type, and property of alloys, in this work, we synthesize a series of hybrid substitutional/interstitial quaternary alloys P-PdAuAg by means of a novel polyphosphide route to address these issues. Due to the simultaneous interstitial P-doping and metal (Au, Ag, Pd) co-reduction, the P-PdAuAg quaternary alloy obtained is only 3 nm in diameter with abundant defects. It not only achieves a new high mass activity of 8.08 A mgPd-1 (6.78 A mgcatalyst-1) but also maintains high stability in the high potential range and harsh reaction conditions. Both the activity and anti-poisoning ability are far exceeding those of the currently reported FAOR catalysts. Detailed density functional theory (DFT) calculations reveal that the superb electrochemical performances originate from the shift of the d-band center of Pd as a result of the synergistic electronic/ligand effects between Pd, Au, Ag, and P. The introduction of interstitial P inhibits the occurrence of an indirect reaction pathway on Pd, while Au and Ag suppress the adsorption of CO and optimize the sequential dehydrogenation steps, leading to boosted reaction kinetics and CO tolerance. This work pioneered a facile way for the synthesis of Pd-based substitutional/interstitial hybrid alloys, providing a promising means of further improving the performance of alloying catalysts.
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