Single-atom alloy with Pt-Co dual sites as an efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction

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作者
Xing Cheng,Yueshuai Wang,Yue Lu,Lirong Zheng,Shaorui Sun,Hongyi Li,Ge Chen,Jiujun Zhang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:306: 121112-121112 被引量:130
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121112
摘要

Reducing the usage of noble metals, such as platinum-based catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) is pressingly demanded towards the practical applications of proton-exchange membrane fuel cells. One promising way is to develop Pt single atom catalysts (SACs), which, however, are plagued by their preference toward two-electron ORR pathway as well as stability issue. Herein, a single-atom alloy (SAA) catalyst with platinum-cobalt (Pt-Co) dual sites encapsulated in nitrogen-doped graphitized carbon nanotubes (Pt1Co100/N-GCNT) consisting of isolated Pt atoms decorated on the surface of Co nanoparticles was reported. Based on complementary spectroscopic characterizations and first-principle calculations, we propose that the unique Pt-Co dual sites in SAA facilitates the adsorption and dissociation of oxygen, particularly for the immobilization of OOH* intermediate and the dissociation of OH* intermediate, and thus result in high-efficiency four-electron ORR pathway. Consequently, the Pt1Co100/N-GCNT SAA catalyst achieves a mass activity of 0.81 A mg–1Pt at 0.90 V (versus the reversible hydrogen electrode) in 0.1 M HClO4 electrolyte, outperform commercial Pt/C catalyst for 5.4 times. The superior stability of the SAA catalyst was reflected by the results from the 30,000 potential-scanning cycles combined with the post characterization of the catalyst.
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