Concave Pt–Zn Nanocubes with High‐Index Faceted Pt Skin as Highly Efficient Oxygen Reduction Catalyst

催化作用 质子交换膜燃料电池 化学工程 材料科学 氧还原 阴极 氧还原反应 耐久性 商业化 纳米技术 氧气 化学 业务 有机化学 电化学 电极 复合材料 物理化学 工程类 营销
作者
Mengli Liu,Bang‐An Lu,Gege Yang,Pengfei Yuan,Huicong Xia,Yajin Wang,Kai Guo,Shuyan Zhao,Jia Liu,Yue Yu,Wenfu Yan,Chung‐Li Dong,Jianan Zhang,Shichun Mu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (12): e2200147-e2200147 被引量:55
标识
DOI:10.1002/advs.202200147
摘要

High dosage of expensive Pt to catalyze the sluggish oxygen reduction reaction (ORR) on the cathode severely impedes the commercialization of proton exchange membrane fuel cells. Therefore, it is urgent to cut down the Pt catalyst by efficiently improving the ORR activity while maintaining high durability. Herein, magic concave Pt-Zn nanocubes with high-index faceted Pt skin (Pt78 Zn22 ) are proposed for high-efficiency catalysis toward proton exchange membrane fuel cells. These unique structural features endow the Pt-skin Pt78 Zn22 /KB with a mass activity of 1.18 mA μgPt -1 and a specific activity of 3.64 mA cm-2 for the ORR at 0.9 V (vs RHE). Meanwhile, the H2 -O2 fuel cell assembled by this catalyst delivers an ultrahigh peak power density of ≈1449 mW cm-2 . Both experiments and theoretical calculations show that the electronic structure of the surface is adjusted, thereby shortening the length of the Pt-Pt bond and reducing the adsorption energy of OH*/O* on the Pt surface. This work demonstrates the synergistic effect of the oxidation-resistant metal Zn and the construction of Pt-rich surface engineering. Also, it guides the future development of catalysts for their practical applications in energy conversion technologies and beyond.
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