Regulating Catalytic Properties and Thermal Stability of Pt and PtCo Intermetallic Fuel-Cell Catalysts via Strong Coupling Effects between Single-Metal Site-Rich Carbon and Pt

催化作用 化学 质子交换膜燃料电池 金属间化合物 纳米颗粒 吸附 化学工程 金属 铂金 碳纤维 退火(玻璃) 热稳定性 热处理 无机化学 材料科学 物理化学 冶金 复合材料 有机化学 合金 复合数 工程类
作者
Yachao Zeng,Jiashun Liang,Chenzhao Li,Zhi Qiao,Boyang Li,Sooyeon Hwang,Nancy N. Kariuki,Chun‐Wai Chang,Maoyu Wang,Mason Lyons,Sungsik Lee,Zhenxing Feng,Guofeng Wang,Jian Xie,David A. Cullen,Deborah J. Myers,Gang Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (32): 17643-17655 被引量:177
标识
DOI:10.1021/jacs.3c03345
摘要

Developing low platinum-group-metal (PGM) catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) in proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) for heavy-duty vehicles (HDVs) remains a great challenge due to the highly demanded power density and long-term durability. This work explores the possible synergistic effect between single Mn site-rich carbon (MnSA-NC) and Pt nanoparticles, aiming to improve intrinsic activity and stability of PGM catalysts. Density functional theory (DFT) calculations predicted a strong coupling effect between Pt and MnN4 sites in the carbon support, strengthening their interactions to immobilize Pt nanoparticles during the ORR. The adjacent MnN4 sites weaken oxygen adsorption at Pt to enhance intrinsic activity. Well-dispersed Pt (2.1 nm) and ordered L12-Pt3Co nanoparticles (3.3 nm) were retained on the MnSA-NC support after indispensable high-temperature annealing up to 800 °C, suggesting enhanced thermal stability. Both PGM catalysts were thoroughly studied in membrane electrode assemblies (MEAs), showing compelling performance and durability. The Pt@MnSA-NC catalyst achieved a mass activity (MA) of 0.63 A mgPt-1 at 0.9 ViR-free and maintained 78% of its initial performance after a 30,000-cycle accelerated stress test (AST). The L12-Pt3Co@MnSA-NC catalyst accomplished a much higher MA of 0.91 A mgPt-1 and a current density of 1.63 A cm-2 at 0.7 V under traditional light-duty vehicle (LDV) H2-air conditions (150 kPaabs and 0.10 mgPt cm-2). Furthermore, the same catalyst in an HDV MEA (250 kPaabs and 0.20 mgPt cm-2) delivered 1.75 A cm-2 at 0.7 V, only losing 18% performance after 90,000 cycles of the AST, demonstrating great potential to meet the DOE targets.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
建议保存本图,每天支付宝扫一扫(相册选取)领红包
实时播报
关键词完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
kyle完成签到 ,获得积分10
1秒前
碧琴完成签到,获得积分10
2秒前
JamesPei应助hehe采纳,获得10
3秒前
李狗蛋完成签到,获得积分10
3秒前
伶俐的千凡完成签到,获得积分10
3秒前
JS完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
6秒前
三千完成签到,获得积分10
7秒前
坚定的又莲完成签到 ,获得积分10
8秒前
Xuan完成签到,获得积分10
8秒前
浮游应助大方的城采纳,获得10
8秒前
yangts2021完成签到,获得积分20
9秒前
9秒前
10秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
10秒前
alee完成签到,获得积分10
11秒前
周乘风发布了新的文献求助10
11秒前
小王发布了新的文献求助10
11秒前
13秒前
14秒前
SCI完成签到,获得积分10
14秒前
btyyl完成签到,获得积分10
14秒前
木雨亦潇潇完成签到,获得积分10
15秒前
满座完成签到,获得积分10
15秒前
浮游应助Jeffery426采纳,获得10
15秒前
药化的彦祖完成签到,获得积分10
15秒前
Inovation应助王雨馨采纳,获得20
16秒前
zsp完成签到 ,获得积分10
17秒前
huiseXT完成签到,获得积分10
18秒前
yue发布了新的文献求助10
18秒前
深情安青应助美好的千凝采纳,获得10
18秒前
21秒前
wanci应助明亮访烟采纳,获得10
22秒前
从容的无心完成签到,获得积分10
23秒前
23秒前
yinhaoran完成签到,获得积分10
23秒前
CodeCraft应助yangts2021采纳,获得10
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1041
Mentoring for Wellbeing in Schools 1000
Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition 600
Atlas of Liver Pathology: A Pattern-Based Approach 500
A Technologist’s Guide to Performing Sleep Studies 500
EEG in Childhood Epilepsy: Initial Presentation & Long-Term Follow-Up 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5494500
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4592204
关于积分的说明 14435774
捐赠科研通 4524964
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2479143
邀请新用户注册赠送积分活动 1463989
关于科研通互助平台的介绍 1437021