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南洋pt(西安交通大学南洋pt)

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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

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【背景介绍】

在燃料电池和金属-空气电池中的氧化还原反应（ORR）中，金属铂（Pt）催化剂是目前活最高的电催化剂。但是，其昂贵的成本和较差的稳定等问题亟需解决。其中，利用纳米合金策略，在Pt纳米颗粒表面附着其他金属纳米粒子是提高Pt电催化剂能的一种很有前景的方法。因为该策略既可最大限度的暴露高活位点，又可以通过配体和应变效应改变Pt-O中间体的结合强度，从而有效提高催化能。虽然通过引入中空或多孔的纳米结构可以提高催化能，但是以纳米颗粒形式存在的多孔金属结构通常稳定也较差。

然而，一维（1D）纳米结构及其组装器件由于其固有的各向异、较高的柔韧和导电而具有较强的稳定。同时各向异的1D纳米结构与常用碳载体存在更大的表面接触，从而进一步提高稳定。基于1D Pt合金纳米结构虽然有望提高其ORR活和稳定，但是这在1D纳米结构表面沉积了大量的贵金属，从而限制了其商业化的应用。此外，目前很少有报道研究在实际电池中的1D Pt合金纳米结构电催化剂的能。

【成果简介】

基于上述问题，华中科技大学的夏宝玉教授和新加坡南洋理工大学的楼雄文教授（共同通讯作者）联合报道了1D铂-镍（Pt-Ni）合金束状纳米球（BNCs）。对比传统的Pt电催化剂，Pt-Ni BNCs具有更好的ORR催化活和稳定。利用一锅溶剂热法制备了不同比例的Pt和Ni前驱体，即1D Pt-Ni聚束纳米球（BNSs）。在酸条件下，选择地去除镍物种，留下由Pt表层和表层下残留的Pt-Ni合金组成的超薄1D Pt-Ni BNCs。

其中，1D Pt1.5Ni-BNCs具有较高的质量活和比活，分别达到了3.52 A mgPt-1和5.16 mA cmPt-2。在经过5万次的电位扫描循环后，该催化剂仍然具有很好的催化活，其活衰减基本可以忽略不计（小于1.5%）。此外，对比商用Pt/C电催化剂，Pt-Ni电催化剂在燃料电池的测试中表现出了更好的能。

利用原位X射线吸收谱（XAFS）和DFT理论计算发现，Pt-Ni合金纳米结构对氧中间体的吸附能优于Pt。研究成果以题目为“Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells”发表在国际顶级期刊Science上。

【图文速递】

图一、1D Pt1.5Ni-BNSs的结构和组成表征

图二、蚀刻Pt1.5Ni-BNSs制备的PtNi-BNCs的结构和组成表征

图三、各种基于Pt样品的电化学和燃料电池能

图四、测试催化剂的稳定

图五、原位XAFS表征

图六、利用DFT计算解开晶格应变和配体效应对d波段中心的相关以及O原子的吸附能

文献链接：Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells. (Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw7493)

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