第一作者：Suqiong He
通訊作者：Lunhui Guan
通訊單位：Fujian Institute of Research on the Structure of Matter
研究內(nèi)容：
碳納米材料負(fù)載的有序鉑合金電催化劑由于其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的催化性能，特別是在氧還原反應(yīng)(ORR)中的催化性能，引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，用簡單的方法制備均勻有序的鉑合金電催化劑仍是當(dāng)務(wù)之急。這篇論文采用兩步直接退火法在單壁碳納米角(SWCNH)上制備了均勻有序的 (PTFE)合金納米顆粒。該納米顆粒是由一種小的有機(jī)配體苯胺在第一次退火過程中聚合裂解而成的一層薄的N摻雜碳(NC)殼層。在H2氣氛中二次退火9h后，得到的樣品(記為PtFe@NC/SWCNH(H2-9h))在石墨化的SWCNH載體上呈現(xiàn)出均勻有序的面心四方結(jié)構(gòu)(有序度>80%，平均尺寸為～5.2 nm)。在不去除NC殼層的情況下，PtFe@NC/SWCNHs(H2-9h)樣品表現(xiàn)出對ORR的質(zhì)量活性(0.9V時為1.53mA/mgPt)和比活性(0.9V時為3.61 mA/cm2)，這是由于有序的FCT-PTFE結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了電子相互作用。重要的是，經(jīng)過長期的穩(wěn)定性測試，它仍然保持著較高的催化活性，這主要是由于FCT-PTFE有序的結(jié)構(gòu)和NC殼層的保護(hù)，分別對鐵的浸出和納米粒子的聚集提供了很強(qiáng)的抵抗能力。將該方法推廣到制備不同有序的PtM或Pt3M(M=Fe/Co)合金電催化劑。
要點(diǎn)一：
要點(diǎn)二：
要點(diǎn)三：
圖1. (a)帶NC殼保護(hù)的PtFe@NC/ swcnh (H2-9h)制備示意圖。(b)純化后的swcnh TEM圖像。(c) Pt?Fe@NC/ swcnh的TEM圖像概況及其尺寸分布(插入圖)。(d) PtFe@NC/ swcnh (H2-9h) TEM圖像概述及其尺寸分布(插入圖)。(e) PtFe@NC/ swcnh (H2-9h)的HR-TEM圖像。(f?m) HAABF?STEM圖像和PtFe@NC/ swcnh (H2-9h)的元素映射。比例尺:4納米。(g) Pt和Fe元素，(h) Pt元素，(i) Fe元素，(j) C元素，(k) N元素，(l) C元素，和(m) N元素去除Pt和Fe信號。
圖2. (a) PtFe@NC/ SWCNH (H2-9h)和Pt?Fe@NC/SWCNH樣品在?70 kOe ~ 70 kOe(室溫)范圍內(nèi)的XRD譜圖和(b)磁滯回線。 (c) Pt?Fe@NC/ swcnh的HR-TEM圖像和(d)其FFT圖像。(e) PtFe@NC/ SWCNH (H2-9h)的HR-TEM圖像和(f)其FFT圖像。
圖3. (a) PtFe@NC/ SWCNH (H2-9h)、Pt?Fe@NC/ SWCNH和Pt/C在0.1 M HClO4下1600 rpm時的LSV曲線和(b) Tafel斜率。(c) 0.9 V時的MA和(d) SA值。(e) N2飽和0.1 M HClO4中Pt/ c、Pt?Fe@NC/ SWCNH和PtFe@NC/ SWCNH (H2-9h)的CV曲線。(f) 1600 rpm (0.1 M HClO4)下PtFe@NC/ SWCNH (H2-9h)、Pt3Fe@NC/ SWCNH (H2-6h)、PtCo@NC/ SWCNH (H2-9h)和Pt?Ni@NC/ SWCNH (H2-9h)的LSV曲線。
圖4. (a) PtFe@NC/SWCNH (H2-9h)、PtFe@NC/SWCNH和Pt/C催化劑在0.6~ 1.0 V (1600 rpm)下循環(huán)10,000次前后的LSV曲線和(b) MA (0.9 V)
圖5. (a) H2PtCl6和FeCl3、H2PtCl6和Fe(ACAC)3、Pt?苯胺和FeCl3、Pt?苯胺和Fe(ACAC)3(即Pt?Fe@NC/ SWCNHs)和PtFe@NC/SWCNHs(H2-9h)樣品的XRD譜圖。(b)在相同Pt負(fù)載(3.82μgPt, 0.1 M HClO4)下，通過RRDE測量在1600 rpm下得到對比樣品的LSV曲線。(c) H2PtCl6和FeCl3樣品的透射電鏡(TEM)和(d)尺寸分布。(e) H2PtCl6和Fe(ACAC)3樣品的透射電鏡(TEM)和(f)尺寸分布。(g) Pt -苯胺和FeCl3樣品的TEM和(h)尺寸分布。
參考文獻(xiàn)
He, S.; Liu, Y.; Zhan, H.; Guan, L., Direct Thermal Annealing Synthesis of Ordered Pt Alloy Nanoparticles Coated with a Thin N-Doped Carbon Shell for the Oxygen Reduction Reaction. ACS Catalysis 2021, 11 (15), 9355-9365.
