Efficient NH3-Tolerant Nickel-Based Hydrogen Oxidation Catalyst for Anion Exchange Membrane Fuel Cells

化学 催化作用 离子交换 无机化学 离子 燃料电池 化学工程 生物化学 有机化学 工程类
作者
Ye-Hua Wang,Fei‐Yue Gao,Xiaolong Zhang,Yu Yang,Jie Liao,Zhuang‐Zhuang Niu,Qin Shuai,Peng‐Peng Yang,Pengcheng Yu,Mei Sun,Min‐Rui Gao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (31): 17485-17494 被引量:15
标识
DOI:10.1021/jacs.3c06903
摘要

Converting hydrogen chemical energy into electrical energy by fuel cells offers high efficiencies and environmental advantages, but ultrapure hydrogen (over 99.97%) is required; otherwise, the electrode catalysts, typically platinum on carbon (Pt/C), will be poisoned by impurity gases such as ammonia (NH3). Here we demonstrate remarkable NH3 resistivity over a nickel-molybdenum alloy (MoNi4) modulated by chromium (Cr) dopants. The resultant Cr-MoNi4 exhibits high activity toward alkaline hydrogen oxidation and can undergo 10,000 cycles without apparent activity decay in the presence of 2 ppm of NH3. Furthermore, a fuel cell assembled with this catalyst retains 95% of the initial peak power density even when NH3 (10 ppm)/H2 was fed, whereas the power output reduces to 61% of the initial value for the Pt/C catalyst. Experimental and theoretical studies reveal that the Cr modifier not only creates electron-rich states that restrain lone-pair electron donation but also downshifts the d-band center to suppress d-electron back-donation, synergistically weakening NH3 adsorption.
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