Biaxial Strains Mediated Oxygen Reduction Electrocatalysis on Fenton Reaction Resistant L1 0 ‐PtZn Fuel Cell Cathode

质子交换膜燃料电池 材料科学 金属间化合物 电催化剂 阴极 氧化还原 化学工程 合金 催化作用 电化学 电极 物理化学 冶金 化学 有机化学 工程类
作者
Jiashun Liang,Zhonglong Zhao,Na Li,Xiaoming Wang,Shenzhou Li,Xuan Liu,Tanyuan Wang,Gang Lü,Deli Wang,Bing‐Joe Hwang,Yunhui Huang,Dong Su,Qing Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (29) 被引量:154
标识
DOI:10.1002/aenm.202000179
摘要

Abstract PtM alloy catalysts (e.g., PtFe, PtCo), especially in an intermetallic L1 0 structure, have attracted considerable interest due to their respectable activity and stability for the oxygen reduction reaction (ORR) in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). However, metal‐catalyzed formation of ·OH from H 2 O 2 (i.e., Fenton reaction) by Fe‐ or Co‐containing catalysts causes severe degradation of PEM/catalyst layers, hindering the prospects of commercial applications. Zinc is known as an antioxidant in Fenton reaction, but is rarely alloyed with Pt owing to its relatively negative redox potential. Here, sub‐4 nm intermetallic L1 0 ‐PtZn nanoparticles (NPs) are synthesized as high‐performance PEMFC cathode catalysts. In PEMFC tests, the L1 0 ‐PtZn cathode achieves outstanding activity (0.52 A mg Pt −1 at 0.9 V iR ‐free , and peak power density of 2.00 W cm −2 ) and stability (only 16.6% loss in mass activity after 30 000 voltage cycles), exceeding the U.S. DOE 2020 targets and most of the reported ORR catalysts. Density function theory calculations reveal that biaxial strains developed upon the disorder‐order (A1L1 0 ) transition of PtZn NPs would modulate the surface PtPt distances and optimize PtO binding for ORR activity enhancement, while the increased vacancy formation energy of Zn atoms in an ordered structure accounts for the improved stability.
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