High‐Temperature Confinement Synthesis of Supported Pt–Ni Nanoparticles for Efficiently Catalyzing Oxygen Reduction Reaction

材料科学 合金 烧结 纳米颗粒 氧气 介孔材料 化学工程 纳米技术 催化作用 冶金 有机化学 工程类 化学
作者
Kun Wang,Yifan Wang,Shipeng Geng,Yi Wang,Shuqin Song
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (22) 被引量:52
标识
DOI:10.1002/adfm.202113399
摘要

Abstract Developing efficient Pt‐based alloy as oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysts is critical for practical applications of fuel cells. High‐temperature reduction technology can improve the alloy atoms ordering but inevitably accelerate metal sintering. Here, Pt–Ni nanoparticles (<5 nm) embedded into ordered mesoporous carbon (OMC) matrix are developed, and its confinement effect suppresses nanoparticles sintering up to 900 °C. After an elaborative dealloying process, the surface structure of Pt–Ni nanoparticles changes from a Ni‐rich to Pt‐rich layer (the thickness is about 0.15 nm). The optimized sample (PtNi 3 @OMC‐A) displays outstanding mass and specific activities of 2.11 A mg Pt –1 and 3.23 mA cm Pt –2 , more than one order of magnitude higher than commercial Pt/C (20 wt%). PtNi 3 @OMC‐A also exhibits long‐term stability with a negligible activity loss after 10 000 potential cycles. Both experimental results and density functional theory calculations reveal that alloying effect as well as strain effect weaken Pt–O binding strength, thus resulting in an outstanding ORR activity. Furthermore, the high long‐term stability can be attributed to the confinement of OMC, inhibiting the detachment or agglomeration of the embedded alloy nanoparticles.
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