Fully-exposed Pt-Fe cluster for efficient preferential oxidation of CO towards hydrogen purification

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作者
Zhimin Jia,Xuetao Qin,Yunlei Chen,Xiangbin Cai,Zirui Gao,Mi Peng,Fei Huang,Dequan Xiao,Xiaodong Wen,Ning Wang,Zheng Jiang,Wu Zhou,Hongyang Liu,Ding Ma
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:49
标识
DOI:10.1038/s41467-022-34674-y
摘要

Hydrogen is increasingly being discussed as clean energy for the goal of net-zero carbon emissions, applied in the proton-exchange-membrane fuel cells (PEMFC). The preferential oxidation of CO (PROX) in hydrogen is a promising solution for hydrogen purification to avoid catalysts from being poisoned by the trace amount of CO in hydrogen-rich fuel gas. Here, we report the fabrication of a novel bimetallic Pt-Fe catalyst with ultralow metal loading, in which fully-exposed Pt clusters bonded with neighbor atomically dispersed Fe atoms on the defective graphene surface. The fully-exposed PtFe cluster catalyst could achieve complete elimination of CO through PROX reaction and almost 100% CO selectivity, while maintaining good stability for a long period. It has the mass-specific activity of 6.19 (molCO)*(gPt)-1*h-1 at room temperature, which surpasses those reported in literatures. The exhaustive experimental results and theoretical calculations reveal that the construction of fully-exposed bimetallic Pt-Fe cluster catalysts with maximized atomic efficiency and abundant interfacial sites could facilitate oxygen activation on unsaturated Fe species and CO adsorption on electron-rich Pt clusters to hence the probability of CO oxidation, leading to excellent reactivity in practical applications.

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