High CO-Tolerant Ru-Based Catalysts by Constructing an Oxide Blocking Layer

化学 催化作用 氧化物 双功能 质子交换膜燃料电池 无机化学 吸附 金属 化学工程 物理化学 有机化学 工程类
作者
Tao Wang,Lai-Yang Li,Lina Chen,Tian Sheng,Luning Chen,Yucheng Wang,Pengyang Zhang,Yuhao Hong,Jinyu Ye,Wen‐Feng Lin,Qinghua Zhang,Peng Zhang,Gang Fu,Na Tian,Shi‐Gang Sun,Zhi‐You Zhou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (21): 9292-9301 被引量:77
标识
DOI:10.1021/jacs.2c00602
摘要

CO poisoning of Pt-group metal catalysts is a long-standing problem, particularly for hydrogen oxidation reaction in proton exchange membrane fuel cells. Here, we report a catalyst of Ru oxide-coated Ru supported on TiO2 (Ru@RuO2/TiO2), which can tolerate 1-3% CO, enhanced by about 2 orders of magnitude over the classic PtRu/C catalyst, for hydrogen electrooxidation in a rotating disk electrode test. This catalyst can work stably in 1% CO/H2 for 50 h. About 20% of active sites can survive even in a pure CO environment. The high CO tolerance is not via a traditional bifunctional mechanism, i.e., oxide promoting CO oxidation, but rather via hydrous metal oxide shell blocking CO adsorption. An ab initio molecular dynamics (AIMD) simulation indicates that water confined in grain boundaries of the Ru oxide layer and Ru surface can suppress the diffusion and adsorption of CO. This oxide blocking layer approach opens a promising avenue for the design of high CO-tolerant electrocatalysts for fuel cells.
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