Optimization of Extended-Surface PtNi Nanowire Oxygen Reduction Electrocatalysts Produced via Atomic Layer Deposition

材料科学 原子层沉积 催化作用 表面工程 化学工程 纳米线 电解质 纳米技术 电化学 电催化剂 阴极 析氧 耐久性 图层(电子) 电极 化学 复合材料 物理化学 工程类 生物化学
作者
Sarah F. Zaccarine,Shaun M Alia,W. Wilson McNeary,Raphaël Chattot,Michael J. Dzara,Isaac Martens,Scott A Mauger,Alan W. Weimer,Jakub Drnec,Bryan S. Pivovar,Svitlana Pylypenko
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (4): 4587-4602 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c00016
摘要

Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) produce electricity with only heat and water as byproducts, but sluggish kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode and durability limitations restrict widespread commercialization, motivating the development of advanced catalysts. In this work, extended-surface platinum nickel (PtNi) nanowires (NWs) synthesized using the scalable atomic layer deposition (ALD) technique are investigated with the goal of exploring the durability benefits of high-aspect-ratio electrocatalysts and the tunability of beneficial kinetic properties. The surface and bulk composition and the structure of the PtNi NWs were investigated as a function of a series of postsynthesis modifications. The results from a combination of electron microscopy and X-ray spectroscopy characterization techniques were correlated to electrochemical performance to gain a comprehensive understanding of the structure–property–performance relationships. The robust structure of the ALD-derived NWs enabled additional postsynthesis optimization steps, which were not possible with previous-generation materials synthesized via spontaneous galvanic displacement, resulting in a catalyst with beneficial properties for catalyst kinetics as well as improved durability. Our study demonstrates potential pathways toward further improving the performance of this class of materials through optimization of bulk and surface properties of the catalyst.

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