Nanostructure Engineering and Electronic Modulation of a PtNi Alloy Catalyst for Enhanced Oxygen Reduction Electrocatalysis in Zinc–Air Batteries

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作者
Xiangxiong Chen,Jiangnan Guo,Jinlong Liu,Ziyu Luo,Xinxin Zhang,Dong Jin Qian,Dongxiao Sun‐Waterhouse,Geoffrey I. N. Waterhouse
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 1740-1747 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c03835
摘要

PtNi nanoalloys have demonstrated electrocatalysis superior to that of benchmark Pt/C catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR), yet the underlying mechanisms remain underexplored. Herein, a PtNi/NC catalyst comprising PtNi nanoparticles (∼5.2 nm in size) dispersed on N-doped carbon frameworks was prepared using a simple pyrolysis strategy. Benefiting from the individual components and a hierarchical structure, the PtNi/NC catalyst exhibited outstanding ORR activity and stability ( E 1/2 = 0.82 V vs RHE and 8 mV negative shift after 20000 cycles), outperforming a commercial 20 wt % Pt/C catalyst ( E 1/2 = 0.81 V and 32 mV negative shift). A prototype zinc–air battery constructed using PtNi/NC as the air electrode catalyst achieved highly enhanced electrochemical performance, outperforming a battery constructed using Pt/C as the ORR catalyst. Density functional theory calculations revealed that the improved ORR activity of the PtNi nanoalloys originated from charge redistribution with a suitable metal d-band center to promote the formation of the ORR intermediates.

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