Scalable and Controllable Synthesis of Pt‐Ni Bunched‐Nanocages Aerogels as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction

纳米笼 材料科学 氧还原反应 电化学 化学工程 氧还原 可扩展性 还原(数学) 析氧 纳米技术 催化作用 电极 物理化学 计算机科学 化学 生物化学 工程类 几何学 数学 数据库
作者
Yuanyuan Zheng,Amanda Schramm Petersen,Hao Wan,René Hübner,Jiangwei Zhang,Jianlan Wang,Haoyuan Qi,Yuhong Ye,Chaolun Liang,Jing Yang,Zhiming Cui,Yuezhong Meng,Zhikun Zheng,Jan Rossmeisl,Wei Liu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (20) 被引量:64
标识
DOI:10.1002/aenm.202204257
摘要

Abstract Developing efficient and stable Pt‐based oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysts via both economical and controllable routes is critical for the practical application of electrochemical energy devices. Herein, a scalable, controllable, and general ambient‐O 2 ‐involved aqueous‐solution cultivating strategy to prepare Pt x M y (M = Ni, Fe, Co) bunched‐nanocages aerogels (BNCs AG) is demonstrated, based on a newly established high‐M‐to‐Pt‐precursor‐ratio‐and‐B‐incorporation‐facilitated M‐rich core and Pt‐rich shell hydrogel formation process. The Pt 83 Ni 17 BNCs AG shows prominent ORR performance with a mass activity (MA) of 1.95 A mg Pt −1 and specific activity of 3.55 mA cm −2 , which are 8.9‐times and 9.6‐times that of Pt supported on carbon (Pt/C), respectively. Particularly, the Pt 83 Ni 17 BNCs AG displays greatly enhanced durability (MA 82.6% retention) compared to Pt/C (MA 31.8% retention) after a 20 000‐cycles accelerated durability test. Systematic studies including density functional theory calculations uncover that the excellent activity is closely related to the optimized ligand and strain effects with the optimized Ni content in this aerogel; the outstanding durability is endowed by the lowered‐down Ni leaching with the optimized Pt/Ni ratio and the inhibited sintering due to its appropriate porosity. This work provides new perspectives on the development of electrocatalysts with both high performance and low cost.
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