Integration of Phosphorus in PdCr Metallene for Enhanced CO-Tolerant Alcohol Electrooxidation

化学 无机化学 环境化学 有机化学
作者
Haiting Liu,Tong Li,Zizhan Wu,Hui Xu,Mengxia Ji,Rui-Juan Jing,Yong Wang,Junfeng Liu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (1): 123-132
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c04334
摘要

Pd-based alloys are among the most attractive catalysts for direct alcohol fuel cells. However, their widespread use is limited by the high cost of Pd and their susceptibility to deactivation by surface-adsorbed reaction intermediates, particularly CO. In this study, we engineered an ultrathin 2D PdCr metallene to minimize Pd usage and doped it with phosphorus to enhance its CO tolerance. The resulting P-PdCr metallene demonstrated significantly higher activity, stability, and CO tolerance for the electrooxidation of various alcohols compared to PdCr metallene and commercial Pd/C catalysts. Particularly, for the methanol oxidation reaction (MOR), the P-PdCr catalyst achieved a mass activity of 2.64 A mg–1Pd and a specific activity of 5.81 mA cm–2, maintaining remarkable stability over a duration of 27 h. Density functional theory calculations revealed that the enhanced performance is attributed to the incorporation of Cr and P atoms into the Pd metallene structure. This incorporation significantly reduces the energy barriers of the potential-determining step in the MOR process, mitigates CO adsorption on the catalyst surface, and accelerates the conversion of reaction intermediates. The strategic doping of phosphorus into the metallene structure introduces a novel approach for developing Pd-based catalysts with enhanced CO tolerance in alcohol electrooxidation.

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