Dilute RuCo Alloy Synergizing Single Ru and Co Atoms as Efficient and CO‐Resistant Anode Catalyst for Anion Exchange Membrane Fuel Cells

阳极 合金 催化作用 离子 化学 质子交换膜燃料电池 化学工程 燃料电池 材料科学 电极 冶金 物理化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Zhibo Cui,Zhanghao Ren,Chao Ma,Bowen Chen,Guanzhen Chen,Ruihu Lu,Wei Zhu,Tao Gan,Tao Gan,Ziyun Wang,Ziyun Wang,Zhongbin Zhuang,Yunhu Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (28): e202404761-e202404761 被引量:48
标识
DOI:10.1002/anie.202404761
摘要

Abstract Ruthenium (Ru) is considered a promising candidate catalyst for alkaline hydroxide oxidation reaction (HOR) due to its hydrogen binding energy (HBE) like that of platinum (Pt) and its much higher oxygenophilicity than that of Pt. However, Ru still suffers from insufficient intrinsic activity and CO resistance, which hinders its widespread use in anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs). Here, we report a hybrid catalyst (RuCo) NC+SAs /N‐CNT consisting of dilute RuCo alloy nanoparticles and atomically single Ru and Co atoms on N‐doped carbon nanotubes The catalyst exhibits a state‐of‐the‐art activity with a high mass activity of 7.35 A mg Ru −1 . More importantly, when (RuCo) NC+SAs /N‐CNT is used as an anode catalyst for AEMFCs, its peak power density reaches 1.98 W cm −2 , which is one of the best AEMFCs properties of noble metal‐based catalysts at present. Moreover, (RuCo) NC+SAs /N‐CNT has superior long‐time stability and CO resistance. The experimental and density functional theory (DFT) results demonstrate that the dilute alloying and monodecentralization of the exotic element Co greatly modulates the electronic structure of the host element Ru, thus optimizing the adsorption of H and OH and promoting the oxidation of CO on the catalyst surface, and then stimulates alkaline HOR activity and CO tolerance of the catalyst.
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