Insights on the Roles of Nitrogen Configuration in Enhancing the Performance of Electrocatalytic Methanol Oxidation over Pt Nanoparticles

甲醇 催化作用 电化学 纳米颗粒 吸附 氧化还原 电催化剂 密度泛函理论 化学 兴奋剂 材料科学 无机化学 纳米技术 电极 有机化学 物理化学 计算化学 光电子学
作者
Yanru Li,Hongwei Li,Yan Zhao,Dong Ji,Peng Guo,Guixian Li,Xinhong Zhao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (46) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/smll.202303065
摘要

Abstract Stabilization of the Pt in N‐doped carbon materials is an effective method to improve the performance of electrocatalytic methanol oxidation reaction (MOR). Nevertheless, the roles of different N configurations (pyridinic N, pyrrolic N, and graphitic N) toward the electrochemical performance of Pt‐based catalysts remain unclear. Herein, Density Functional Theory calculations are adopted to elucidate the synergistic promotion of MOR by different N‐configurations with Pt nanoparticles (NPs). Guided by the theoretical study, a series of MOR electrocatalysts with different ratios of pyridinic N and pyrrolic N (denoted as Pt/N‐CNT‐X (500, 600, 700, 800, and 900)) are designed and synthesized. Surprisingly, the electrocatalytic activity of Pt/N‐CNT‐600 with a suitable ratio of pyrrolic‐N and pyridinic‐N for MOR reaches 2394.7 mA mg −1 Pt and 5515.8 mA mg −1 Pt in acidic and alkaline media, respectively, which are superior to the Pt/CNTs, commercial Pt/C, and the ever‐reported Pt‐based electrocatalysts. The strong metal‐support interaction induced by the N‐doping is the crucial reason for the superior electrocatalytic performance. More importantly, the ability of pyrrolic‐N and pyridinic‐N in promoting the adsorption and oxidation of CH 3 OH and the oxidation of CO * is substantiated for the first time in methanol oxidation. This work provides new insights on the design of efficient electrocatalysts for MOR.
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