Elemental Anisotropic Growth and Atomic-Scale Structure of Shape-Controlled Octahedral Pt–Ni–Co Alloy Nanocatalysts

纳米材料基催化剂 合金 原子单位 材料科学 各向异性 冶金 结晶学 八面体 纳米技术 化学工程 化学 金属 晶体结构 光学 物理 量子力学 工程类
作者
Rosa M. Arán‐Ais,Fabio Dionigi,Thomas Merzdorf,Martin Gocyla,Marc Heggen,Rafal E. Dunin‐Borkowski,Manuel Gliech,José Solla‐Gullón,Enrique Herrero,Juan M. Feliú,Peter Strasser
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:15 (11): 7473-7480 被引量:161
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5b03057
摘要

Multimetallic shape-controlled nanoparticles offer great opportunities to tune the activity, selectivity, and stability of electrocatalytic surface reactions. However, in many cases, our synthetic control over particle size, composition, and shape is limited requiring trial and error. Deeper atomic-scale insight in the particle formation process would enable more rational syntheses. Here we exemplify this using a family of trimetallic PtNiCo nanooctahedra obtained via a low-temperature, surfactant-free solvothermal synthesis. We analyze the competition between Ni and Co precursors under coreduction "one-step" conditions when the Ni reduction rates prevailed. To tune the Co reduction rate and final content, we develop a "two-step" route and track the evolution of the composition and morphology of the particles at the atomic scale. To achieve this, scanning transmission electron microscopy and energy dispersive X-ray elemental mapping techniques are used. We provide evidence of a heterogeneous element distribution caused by element-specific anisotropic growth and create octahedral nanoparticles with tailored atomic composition like Pt1.5M, PtM, and PtM1.5 (M = Ni + Co). These trimetallic electrocatalysts have been tested toward the oxygen reduction reaction (ORR), showing a greatly enhanced mass activity related to commercial Pt/C and less activity loss than binary PtNi and PtCo after 4000 potential cycles.

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