Double Confinement Design to Access Highly Stable Intermetallic Nanoparticles for Fuel Cells

材料科学 金属间化合物 质子交换膜燃料电池 退火(玻璃) 催化作用 纳米颗粒 碳纤维 纳米技术 化学工程 复合材料 化学 有机化学 复合数 工程类 合金
作者
Lin Tian,Xiaoping Gao,Mengzhao Zhu,Zi-Xiang Huang,Bei Wu,Cai Chen,Xianhui Ma,Yaner Ruan,Wenxin Guo,Xiangmin Meng,Huijuan Wang,Wubin Du,Shengnan He,Hongge Pan,Xusheng Zheng,Zhijun Wu,Huang Zhou,Jing Xia,Yuen Wu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (12): e2417095-e2417095 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adma.202417095
摘要

Maintaining the stability of low Pt catalysts during prolonged operation of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) remains a substantial challenge. Here, a double confinement design is presented to significantly improve the stability of intermetallic nanoparticles while maintaining their high catalytic activity toward PEMFCs. First, a carbon shell is coated on the surface of nanoparticles to form carbon confinement. Second, O2 is introduced during the annealing process to selectively etch the carbon shell to expose the active surface, and to induce the segregation of surface transition metals to form Pt-skin confinement. Overall, the intermetallic nanoparticles are protected by carbon confinement and Pt-skin confinement to withstand the harsh environment of PEMFCs. Typically, the double confined Pt1Co1 catalyst exhibits an exceptional mass activity of 1.45 A mgPt -1 at 0.9 V in PEMFCs tests, with only a 17.3% decay after 30 000 cycles and no observed structure changes, outperforming most reported PtCo catalysts and DOE 2025 targets. Furthermore, the carbon confinement proportion can be controlled by varying the thickness of the coated carbon shell, and this strategy is also applicable to the synthesis of double-confined Pt1Fe1 and Pt1Cu1 intermetallic nanoparticles.
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