本刊推荐 | 调控Pt3Zn合金化程度改善酸性氧还原活性与稳定性

1 创新点

针对氢燃料电池中，用于阴极氧还原反应的铂基催化剂成本高，稳定性差问题，提出了一种制备小粒径、分散均匀、活性位点数量多的催化剂制备方法。该方法合成的催化剂在酸性条件下，兼顾氧还原反应的活性和稳定性。

2 选题依据

氢燃料电池是碳达峰、碳中和背景下的重要能源组成部分，对高质量发展具有重大战略意义。然而，氢燃料电池的阴极氧还原由于反应动力学缓慢，需要大量铂催化剂，促进反应进行。目前商业化的Pt/C催化剂由于成本高，活性不足，碳载体易腐蚀，Pt纳米粒子易团聚导致稳定差的问题，限制氢燃料电池商业化应用。因此，开发高利用率、高活性、高稳定性的铂基合金催化剂是本文研究的主要问题。

3 研究方案

图1  研究方案

4 研究内容与数据

4.1 催化剂物理表征

图2  催化剂的物理表征：Pt/NC，Pt3Zn/NC-L和Pt3Zn/NC-H催化剂的XRD谱图

图3  催化剂的物理表征：A. NC；B. Pt/NC；C. Pt3Zn/NC-L；D. Pt3Zn/NC-H的TEM图像

4.2 催化剂的电化学活性测试

图4  不同催化剂的氧还原线性扫描曲线

图5  不同催化剂的质量活性和面积比活性的直方图

4.3 催化剂的电化学稳定性测试

图6  A. Pt/C，B. Pt3Zn/NC-H催化剂加速衰减前后氧还原线性扫描曲线；C. Pt/C，D. Pt3Zn/NC-H催化剂加速衰减前后CV曲线

图7  A. Pt/C，B. Pt3Zn/NC-H 催化剂加速衰减后的TEM图像

5 主要结论

1）催化剂用于氧还原反应，商业Pt/C半波电位0.846V，Pt3Zn/NC-H半波电位0.903V，比商业Pt/C正移57mV。0.9V下的质量活性和面积比活性分别是商业Pt/C的4.50倍和3.33倍。经过10000周加速衰减试验，Pt3Zn/NC-H催化剂有良好的稳定性。

2）以金属有机框架衍生的氮掺杂碳材料为载体，构建小粒径的Pt基合金氧还原催化剂，同时提高氧还原反应的催化剂活性和稳定性，为Pt基氧还原催化剂的构筑提供新思路。

6 作者简介

【第一作者】张天恩，男，1993年生，硕士研究生。主要研究方向为氢燃料电池低铂、高活性、长寿命氧还原催化剂。

【通讯作者】姜艳霞，女，1964年生，博士研究生导师。主要研究方向为纳米材料、电催化和表面科学的交叉研究，致力于从原子排列结构层次和分子水平研究具有高活性的电催化剂对有机小分子氧化和氧还原的反应过程和机理。

7 关于本文

引用格式：

张天恩, 颜雅妮, 张俊明, 瞿希铭, 黎燕荣, 姜艳霞. 调控Pt3Zn合金化程度改善酸性氧还原活性与稳定性[J]. 电化学, 2022, 28(4): 2106091.

Tian-En Zhang, Ya-Ni Yan, Jun-Ming Zhang, Xi-Ming Qu, Yan-Rong Li, Yan-Xia Jiang. Adjusting the Alloying Degree of Pt3Zn to Improve Acid Oxygen Reduction Activity and Stability[J]. Journal of Electrochemistry, 2022, 28(4): 2106091.

DOI： 10.13208/j.electrochem.2106091

http://electrochem.xmu.edu.cn/CN/10.13208/j.electrochem.210609

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