Maximizing Metal–Support Interactions in Pt/Co3O4 Nanocages to Simultaneously Boost Hydrogen Production Activity and Durability

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作者
Mei Li,Shengbo Zhang,Jiankang Zhao,Hua Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (48): 57362-57371 被引量:48
标识
DOI:10.1021/acsami.1c18403
摘要

Catalytic hydrolysis of ammonia borane (AB) provides an effective way to generate pure H2 at ambient temperature for fuel cells. Pt-based catalysts usually exhibit great initial activity toward this reaction but deactivate quickly. Here, we report that the metal-support interactions in Pt/Co3O4 nanocages can simultaneously accelerate the H2 generation and enhance the catalyst's stability. The Pt/Co3O4 catalyst is made for the first time by embedding Pt clusters (∼1.2 nm) in a high-surface-area Co3O4 nanocage to maximize the metal-support interface. The turnover frequency of the Pt/Co3O4 catalyst is about nine times higher than that of commercial Pt/C and outperforms almost all other Pt-based catalysts. X-ray absorption spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, in situ spectroscopy, and density functional theory calculations suggest that the Co3O4 nanocages with rich oxygen vacancies facilitate the adsorption and dissociation of H2O to give electropositive H (Hδ+), while the in situ embedded Pt clusters can accelerate the formation of electronegative H (Hδ-) from AB. Subsequently, the Hδ+ and Hδ- spill over to the abundant interfacial sites and bond into H2. In addition to this dual-function synergy effect, the strong metal-support electronic interactions between Co3O4 and Pt benefit the desorption of poisonous B-containing byproducts from Pt sites. This effect together with cluster anchoring leads to a fivefold enhancement in durability compared to commercial Pt/C. The metal-support interactions revealed in this study provide more options for catalyst design toward facile H2 production from chemical hydrogen storage materials.
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