Highly stable and active catalyst in fuel cells through surface atomic ordering

金属间化合物 催化作用 材料科学 合金 纳米颗粒 纳米线 化学工程 耐久性 铂金 纳米技术 腐蚀 复合材料 化学 工程类 生物化学
作者
Ma Yanling,Jiaheng Peng,Jiakang Tian,Wenpei Gao,Jialiang Xu,Fan Li,Peter Tieu,Hao Hu,Yi Wu,Wenlong Chen,Lei Pan,Wen Shang,Peng Tao,Chengyi Song,Hong Zhu,Xiaoqing Pan,Tao Deng,Jianbo Wu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (42) 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.ado4935
摘要

Shape-controlled alloy nanoparticle catalysts have been shown to exhibit improved performance in the oxygen reduction reaction (ORR) in liquid half-cells. However, translating the success to catalyst layers in fuel cells faces challenges due to the more demanding operation conditions in membrane electrode assembly (MEA). Balancing durability and activity is crucial. Here, we developed a strategy that limits the atomic diffusion within surface layers, fostering the phase transition and shape retention during thermal treatment. This enables selective transformation of platinum-iron nanowire surfaces into intermetallic structures via atomic ordering at a low temperature. The catalysts exhibit enhanced MEA stability with 50% less Fe loss while maintaining high catalytic activity comparable to that in half-cells. Density functional calculations suggest that the ordered intermetallic surface stabilizes morphology against rapid corrosion and improves the ORR activity. The surface engineering through atomic ordering presents potential for practical application in fuel cells with shape-controlled Pt-based alloy catalysts.
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