Immobilizing ultrafine PtRu alloy nanoparticles onto 3D interconnected MXene-graphene frameworks for highly efficient methanol oxidation

材料科学 石墨烯 合金 催化作用 阳极 纳米颗粒 甲醇 化学工程 纳米晶 直接甲醇燃料电池 纳米技术 碳纤维 复合材料 电极 复合数 有机化学 物理化学 工程类 化学
作者
Qi Zhang,Zhiwen Deng,Haiyan He,Guobing Ying,Huajie Huang
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:50 (9): 16443-16451 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.02.129
摘要

Although direct methanol fuel cell (DMFC) is regarded as a promising power source to establish green energy conversion system, its overall performance is largely limited by the slow methanol oxidation kinetics of current anode catalysts. Herein, we demonstrate a robust and facile bottom-up strategy for the controllable construction of ultrafine PtRu alloy nanoparticles immobilized onto three-dimensional (3D) interconnected Ti3C2Tx MXene-graphene frameworks (PtRu/MXene-G) through a co-assembly process. Interestingly, the utilization of 3D porous MXene-G matrix provides strong interfacial interactions with alloy nanocrystals and promotes the transportation of both reactant and electron during the electrocatalytic process, while the introduction of Ru atoms ameliorates the Pt electronic structure and generates plentiful hydroxyl species for the oxidative removal of CO byproducts. Working together, the resulting PtRu/MXene-G nanoarchitecture with an appropriate Pt/Ru atomic ratio exhibits exceptional methanol oxidation properties in terms of a large electrochemically active surface area of 101.8 m2 g−1, a high mass (specific) activity of 1779.5 mA mg−1 (1.75 mA cm−2), and good long-term stability, all of which are significantly superior to those of conventional Pt/carbon black, Pt/G, Pt/MXene, and Pt/MXene-G catalysts with an identical Pt usage.

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