Grafting Ultra‐fine Nanoalloys with Amorphous Skin Enables Highly Active and Long‐lived Acidic Hydrogen Production

催化作用 无定形固体 电催化剂 电解水 溶解 电化学 电解质 铂金 质子交换膜燃料电池 材料科学 化学 纳米技术 化学工程 电解 电极 有机化学 工程类 物理化学
作者
Biao Zeng,Xinzheng Liu,Li Wan,Chenghui Xia,Lixin Cao,Yubin Hu,Bohua Dong
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (15) 被引量:20
标识
DOI:10.1002/anie.202400582
摘要

Abstract Large‐scale deployment of proton exchange membranes water electrolysis (PEM‐WE) requires a substantial reduction in usage of platinum group metals (PGMs) as indispensable electrocatalyst for cathodic hydrogen evolution reaction (HER). Ultra‐fine PGMs nanocatalysts possess abundant catalytic sites at lower loading, but usually exhibit reduced stability in long‐term operations under corrosive acidic environments. Here we report grafting the ultra‐fine PtRu crystalline nanoalloys with Pt x Ru y Se z “amorphous skin” (c‐PtRu@a‐Pt x Ru y Se z ) by in situ atomic layer selenation to simultaneously improve catalytic activity and stability. We found that the c‐PtRu@a‐Pt x Ru y Se z ‐1 with ~0.6 nm thickness amorphous skin achieved an ultra‐high mass activity of 26.7 A mg −1 Pt+Ru at −0.07 V as well as a state‐of‐the‐art durability maintained for at least 1000 h at −10 mA cm −2 and 550 h at −100 mA⋅cm −2 for acid HER. Experimental and theoretical investigations suggested that the amorphous skin not only improved the electrochemical accessibility of the catalyst surface and increasing the intrinsic activity of the catalytic sites, but also mitigated the dissolution/diffusion of the active species, thus resulting in improved catalytic activity and stability under acidic electrolyte. This work demonstrates a direction of designing ultra‐fine PGMs electrocatalysts both with high utilization and robust durability, offers an in situ “amorphous skin” engineering strategy.
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