Decoupling Electronic Effects in Oxygen Reduction Catalysts via a Model Nanowire Platform

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作者
Xiaorui Li,Haolan Tao,Lei Gao,Xiaoshuang Qi,Jingwei Yu,Cheng Lian,Xuli Chen,H Huang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (34): e7341900-e7341900
标识
DOI:10.1002/anie.7341900
摘要

Understanding the intrinsic role of electronic structure in governing oxygen reduction reaction (ORR) activity on Pt-based catalysts remains a long-standing challenge due to the intrinsic coupling of electronic, strain, and ensemble effects in conventional alloy systems. Here, we establish a well-defined Pt-based nanowire (NW) model platform that enables the rigorous decoupling of electronic effects from structural contributions. By selectively incorporating electron-donating Re (PtRe) or electron-withdrawing Au (PtAu) into Pt NWs while maintaining identical morphology, surface structure, and coordination environment, the electronic contribution to ORR is isolated with minimal interference of strain and ensemble effects. A consistent activity trend (PtRe > Pt > PtAu) is observed from intrinsic ORR activity to device-level membrane electrode assembly performance. Crucially, a correlation is established between the electronic structure, intermediate adsorption behavior, and intrinsic activity. Meanwhile, the high-activity PtRe NW catalyst also delivers a robust durability with mass activity decline of 11.8% and voltage loss of 12 mV after 30,000-cycle tests. In situ spectroscopy and theoretical calculations results collectively confirm that Re dopants donate electrons to Pt, generating an electron-rich Pt surface that lowers the adsorption energy of oxygen intermediates and enhances ORR activity, while the Au dopant generates an opposite effect.
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