Co–Cu Bimetallic Metal Organic Framework Catalyst Outperforms the Pt/C Benchmark for Oxygen Reduction

双金属片 化学 催化作用 电化学 铂金 金属有机骨架 电化学能量转换 金属 化学工程 无机化学 电极 物理化学 有机化学 吸附 工程类
作者
Mohamed Noufal,Alain R. Puente Santiago,Sara A. Tolba,Md Ariful Ahsan,Olivia Fernandez‐Delgado,Mina Shawky Adly,Elhussein M. Hashem,Mohamed Mahrous Abodouh,M. Samy El‐Shall,Sreeprasad Theruvakkattil Sreenivasan,Nageh K. Allam,Luis A. Echegoyen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (10): 4064-4073 被引量:283
标识
DOI:10.1021/jacs.1c01096
摘要

Platinum (Pt)-based-nanomaterials are currently the most successful catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) in electrochemical energy conversion devices such as fuel cells and metal-air batteries. Nonetheless, Pt catalysts have serious drawbacks, including low abundance in nature, sluggish kinetics, and very high costs, which limit their practical applications. Herein, we report the first rationally designed nonprecious Co–Cu bimetallic metal–organic framework (MOF) using a low-temperature hydrothermal method that outperforms the electrocatalytic activity of Pt/C for ORR in alkaline environments. The MOF catalyst surpassed the ORR performance of Pt/C, exhibiting an onset potential of 1.06 V vs RHE, a half-wave potential of 0.95 V vs RHE, and a higher electrochemical stability (Δ E 1/2 = 30 mV) after 1000 ORR cycles in 0.1 M NaOH. Additionally, it outperformed Pt/C in terms of power density and cyclability in zinc-air batteries. This outstanding behavior was attributed to the unique electronic synergy of the Co−Cu bimetallic centers in the MOF network, which was revealed by XPS and PDOS.
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