文章信息
具有核壳结构FePt@PtBi金属间化合物纳米粒子用于氧还原电催化
第一作者：管婧宇
通讯作者：王峰*，张正平*
单位：北京化工大学
研究背景
燃料电池清洁高效得到了广泛的关注，要想实现燃料电池的广泛应用，开发既具有高活性高稳定性又兼具抗中毒能力的氧还原催化剂至关重要。铂与非贵金属组成的铂基合金催化剂既降低了贵金属铂的用量节约成本，又调控了铂表面物理化学状态从而提高了氧还原活性。然而，在严苛的工作条件下，表层与次表层的非贵金属易浸出，而导致结构与性能的下降。
鉴于上述挑战，以应变调控催化剂表面的物理化学状态提升催化性能为入手点，采用表面工程与金属间化合物策略提出一种通过增强表面压应变，提高催化剂活性与稳定性的方法，得到了具有优异氧还原性能的FePt@PtBi金属间化合物，并制备了一系列以PtBi合金为外壳包覆Pt/Pt合金的核壳结构催化剂。
文章简介
本文中，来自北京化工大学的王峰教授、张正平教授，在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition 上发表题为“Intermetallic FePt@PtBi Core–Shell Nanoparticles for Oxygen Reduction Electrocatalysis.”的研究工作。
该工作中，以应变调控催化剂表面的物理化学状态提升催化性能为入手点，设计制备了一种以L10型金属间化合物FePt为核，PtBi合金为壳层的核壳结构催化剂FePt@PtBi。
由FePt核中高含量小尺寸过渡金属Fe造成的层间压缩和PtBi壳层中少量大尺寸Bi引起的面内剪切对催化剂表面产生了叠加应变作用，增强了催化剂表面Pt-Pt键的收缩作用，既减弱了催化剂对活化氧的吸附能力促进了反应的进行，又加强了对内部过渡金属的保护减少了过渡金属浸出的现象，同时，Bi的存在提高了催化剂对甲醇和一氧化碳中毒的抵抗力。
从而该催化剂表现出优异的电催化氧还原反应活性、稳定性以及抗中毒能力，其质量活性为0.96 A mg Pt-1，超过了DOE 2020指标（0.44 A mg Pt-1），并且即使经过30000个循环伏安加速稳定性测试后，仍具有0.79 A mg Pt-1的质量活性。
本文要点
要点一：该工作以应变调控催化剂表面的物理化学状态提升催化性能为入手点，设计并得到了具有优异电催化性能的FePt@PtBi金属间化合物。
要点二：结合实验和理论计算分析，FePt@PtBi催化剂的高活性和稳定性可归因于由FePt核的层间压缩和PtBi壳层的面内剪切引起的叠加应变效应；同时，Bi的存在提高了催化剂对甲醇和一氧化碳中毒的抵抗力。
要点三：该工作同时制备了一系列以PtBi合金为外壳包覆Pt/Pt合金的核壳结构催化剂，相比于对应Pt/Pt合金电催化性能均有提升。
要点四：该工作表明，增强表面压应变提升催化性能的策略为合成具有高稳定性和高耐受性的新型阴极材料提供了一条新途径。
文章链接
Intermetallic FePt@PtBi Core–Shell Nanoparticles for Oxygen Reduction Electrocatalysis
https://doi.org/10.1002/anie.202107437
原文刊载于【科学材料站】公众号
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