Platinum–Lead–Bismuth/Platinum–Bismuth Core/Shell Nanoplate Achieves Complete Dehydrogenation Pathway for Direct Formic Acid Oxidation Catalysis

脱氢 化学 甲酸 催化作用 铂金 无机化学 选择性 傅里叶变换红外光谱 吸附 化学工程 有机化学 工程类
作者
Xinrui Hu,Zhengyi Xiao,Weizhen Wang,Lingzheng Bu,Zhengchao An,Shangheng Liu,Chih‐Wen Pao,Changhong Zhan,Zhiwei Hu,Zhiqing Yang,Yucheng Wang,Xiaoqing Huang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (28): 15109-15117 被引量:95
标识
DOI:10.1021/jacs.3c00262
摘要

Designing platinum (Pt)-based formic acid oxidation reaction (FAOR) catalysts with high performance and high selectivity of direct dehydrogenation pathway for direct formic acid fuel cell (DFAFC) is desirable yet challenging. Herein, we report a new class of surface-uneven PtPbBi/PtBi core/shell nanoplates (PtPbBi/PtBi NPs) as the highly active and selective FAOR catalysts, even in the complicated membrane electrode assembly (MEA) medium. They can achieve unprecedented specific and mass activities of 25.1 mA cm-2 and 7.4 A mgPt-1 for FAOR, 156 and 62 times higher than those of commercial Pt/C, respectively, which is the highest for a FAOR catalyst by far. Simultaneously, they show highly weak adsorption of CO and high dehydrogenation pathway selectivity in the FAOR test. More importantly, the PtPbBi/PtBi NPs can reach the power density of 161.5 mW cm-2, along with a stable discharge performance (45.8% decay of power density at 0.4 V for 10 h), demonstrating great potential in a single DFAFC device. The in situ Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray absorption spectroscopy (XAS) results collectively reveal a local electron interaction between PtPbBi and PtBi. In addition, the high-tolerance PtBi shell can effectively inhibit the production/adsorption of CO, resulting in the complete presence of the dehydrogenation pathway for FAOR. This work demonstrates an efficient Pt-based FAOR catalyst with 100% direct reaction selectivity, which is of great significance for driving the commercialization of DFAFC.
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