Atomic Cobalt-Doped Palladium Metallene toward Efficient Oxygen Reduction Electrocatalysis

电催化剂 材料科学 氧还原反应 氧还原 兴奋剂 氧气 无机化学 催化作用 还原(数学) 纳米技术 电化学 光电子学 电极 物理化学 冶金 化学 有机化学 几何学 数学
作者
Zhe Gong,Zhiping Deng,Yongqian Wang,Chen Li,Mingxing Gong,Xiaolei Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c21490
摘要

Designing a high-efficiency catalyst for the cathode oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells still faces enormous challenges due to the stringent requirements for high power density and long-term durability. Palladium (Pd) metallene, on account of its unique properties and high Pd utilization efficiency, is recognized as a prospective candidate for enhancing the ORR catalytic performance. Herein, we present atomic cobalt (Co)-doped Pd metallene (Co-Pdene), featuring an ultrathin and highly curved morphology, developed via a straightforward wet-chemical approach for efficient ORR electrocatalysis in alkaline media. Resulting from the metallene structure and transition metal Co doping, the Co-Pdene catalyst demonstrates exceptional electrocatalytic performance, achieving an electrochemical mass activity (MA) of 3.14 A per milligram palladium at 0.85 V while maintaining structural integrity over 30000 potential cycles. Theory simulations (DFT) manifest that the single-atom Co sites optimize the electronic structure of palladium in the Co-Pdene, thereby lowering the theoretical overpotential to 0.29 V. This work proposes an innovative design strategy of single-atom transition metal-doped Pd metallene as a highly efficient ORR electrocatalyst.
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