Low‐Electronegativity Mn‐Contraction of PtMn Nanodendrites Boosts Oxygen Reduction Durability

电负性 催化作用 氧气 合金 可逆氢电极 材料科学 化学 溶解 化学工程 冶金 电化学 电极 物理化学 工作电极 工程类 有机化学
作者
Yan Nie,Yingjun Sun,Bingyi Song,Quentin Meyer,Shiyang Liu,Hongyu Guo,Tao Lü,Fangxu Lin,Mingchuan Luo,Qinghua Zhang,Lin Gu,Liming Yang,Chuan Zhao,Shaojun Guo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (7)
标识
DOI:10.1002/anie.202317987
摘要

Platinum metal (PtM, M=Ni, Fe, Co) alloys catalysts show high oxygen reduction reaction (ORR) activity due to their well-known strain and ligand effects. However, these PtM alloys usually suffer from a deficient ORR durability in acidic environment as the alloyed metal is prone to be dissolved due to its high electronegativity. Herein, we report a new class of PtMn alloy nanodendrite catalyst with low-electronegativity Mn-contraction for boosting the oxygen reduction durability of fuel cells. The moderate strain in PtMn, induced by Mn contraction, yields optimal oxygen reduction activity at 0.53 A mg-1 at 0.9 V versus reversible hydrogen electrode (RHE). Most importantly, we show that relative to well-known high-electronegativity Ni-based Pt alloy counterpart, the PtMn nanodendrite catalyst experiences less transition metals' dissolution in acidic solution and achieves an outstanding mass activity retention of 96 % after 10,000 degradation cycles. Density functional theory calculation reveals that PtMn alloys are thermodynamically more stable than PtNi alloys in terms of formation enthalpy and cohesive energy. The PtMn nanodendrite-based membrane electrode assembly delivers an outstanding peak power density of 1.36 W cm-2 at a low Pt loading and high-performance retention over 50 h operations at 0.6 V in H2 -O2 hydrogen fuel cells.
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