Strategies for Achieving Ultra‐Long ORR Durability—Rh Activates Interatomic Interactions in Alloys

材料科学 耐久性 纳米技术 化学 复合材料
作者
Xiaoke Li,Xiao Duan,Siao Zhang,Chuanjie Wang,Kang Hua,Zejin Wang,Yongkang Wu,Jia Li,Jianguo Liu,Jianguo Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (24): e202400549-e202400549 被引量:22
标识
DOI:10.1002/anie.202400549
摘要

Abstract The stability of platinum‐based alloy catalysts is crucial for the future development of proton exchange membrane fuel cells, considering the potential dissolution of transition metals under complex operating conditions. Here, we report on a Rh‐doped Pt 3 Co alloy that exhibits strong interatomic interactions, thereby enhancing the durability of fuel cells. The Rh−Pt 3 Co/C catalyst demonstrates exceptional catalytic activity for oxygen reduction reactions (ORR) (1.31 A mg Pt −1 at 0.9 V vs. the reversible hydrogen electrode (RHE) and maintaining 92 % of its mass activity after 170,000 potential cycles). Long‐term testing has shown direct inhibition of Co dissolution in Rh−Pt 3 Co/C. Furthermore, tests on proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) have shown excellent performance and long‐term durability with low Pt loading. After 50,000 cycles, there was no voltage loss at 0.8 A cm −2 for Rh−Pt 3 Co/C, while Pt 3 Co/C experienced a loss of 200 mV. Theoretical calculations suggest that introducing transition metal atoms through doping creates a stronger compressive strain, which in turn leads to increased catalytic activity. Additionally, Rh doping increases the energy barrier for Co diffusion in the bulk phase, while also raising the vacancy formation energy of the surface Pt. This ensures the long‐term stability of the alloy over the course of the cycle.
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