Tailoring Zirconia Supported Intermetallic Platinum Alloy via Reactive Metal‐Support Interactions for High‐Performing Fuel Cells

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作者
Zijie Lin,Nadaraj Sathishkumar,Yu X,Shenzhou Li,Xuan Li,Jialun Mao,Hao Shi,Gang Lü,Tanyuan Wang,Hsing‐Lin Wang,Yunhui Huang,Lior Elbaz,Qing Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202400751
摘要

Developing efficient and anti-corrosive oxygen reduction reaction (ORR) catalysts is of great importance for the applications of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Herein, we report a novel approach to prepare metal oxides-supported intermetallic Pt alloy nanoparticles (NPs) via the reactive metal-support interaction (RMSI) as ORR catalysts, using Ni-doped cubic ZrO2 (Ni/ZrO2) supported L10-PtNi NPs as a proof of concept. Benefiting from the Ni migration during RMSI, the oxygen vacancy concentration in the support is increased, leading to an electron enrichment of Pt. The optimal L10-PtNi-Ni/ZrO2-RMSI catalyst achieves remarkably low mass activity (MA) loss (17.8%) after 400,000 accelerated durability test cycles in a half-cell and exceptional PEMFC performance (MA = 0.76 A mgPt-1 at 0.9 V, peak power density = 1.52/0.92 W cm-2 in H2-O2/-air, and 18.4% MA decay after 30,000 cycles), representing the best reported Pt-based ORR catalysts without carbon supports. Density functional theory (DFT) calculations reveal that L10-PtNi-Ni/ZrO2-RMSI requires a lower energetic barrier for ORR than L10-PtNi-Ni/ZrO2 (direct loading), which is ascribed to a decreased Bader charge transfer between Pt and *OH, and the improved stability of L10-PtNi-Ni/ZrO2-RMSI compared to L10-PtNi-C can be contributed to the increased adhesion energy and Ni vacancy formation energy within the PtNi alloy.
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