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西安交大&华中科大Nat.Commun.:多组元金属间化合物燃料电池催化剂合成新方法

编译者:冯瑞华发布时间:Dec 5, 2023点击量:9040 来源栏目:科技前沿

西安交通大学物理学院杨生春教授团队与华中科技大学姚永刚教授、上海交通大学邬剑波教授合作,在小尺寸、高抗烧结、多组元Pt基金属间化合物燃料电池催化剂制备领域取得重要进展。团队首次提出利用氢化硼烯原位合成多组元Pt基金属间化合物(IMCs)燃料电池催化剂的新策略。

杨生春教授团队在前期研究基础上(ACS Appl Mater & Interfaces, 2022;J Mater Chem A, 2020)提出了一种利用氢化烯(HB)合成多组元Pt金属间化合物(IMCs)的新方法。该方法将HB的还原性与原位形成的硼(B)纳米片相结合,形成了强金属-载体相互作用(SMSI),从而使催化剂具有更小的尺寸、更高的负载能力和稳定性。实验和理论计算揭示了催化剂中Pt-B键对催化剂的稳定性起到了关键作用,可使Pt纳米颗粒能够在高密度分布条件下仍然保持高度分散,即使在800-1000℃高温热处理过程中也展现出优异的抗烧结性能。此外,该策略还适用于在纳米碳(如碳黑、碳纳米管、石墨烯)和金属氧化物(如Al 2 O 3 、TiO 2 、CeO 2 )材料表面制备超小尺寸和高负载量的负载型贵金属催化剂,从而极大拓展了该策略的适用范围。通过Pt-B之间的SMSI效应,团队成功合成了一系列超小尺寸的二元、三元、四元和五元Pt基多组元金属间化合物燃料电池催化剂。与商业催化剂相比,这些i-PtM催化剂表现出更高的催化活性和耐久性。

该成果以“氢化硼烯实现多组元金属间化合物催化剂的合成”(Hydrogenated borophene enabled synthesis of multielement intermetallic catalysts)为题于2023年11月16日在《自然通讯》( Nature Communications )杂志在线发表。西安交通大学物理学院博士生曾晓晓、硕士生景玉丹(已毕业)、博士生高赛赛(已毕业)和上海交通大学博士生张文聪为论文共同第一作者,王斌副教授、华中科技大学姚永刚教授和杨生春教授为论文共同通讯作者,西安交通大学物理学院物质非平衡合成与调控教育部重点实验室为论文第一完成单位。此外,物理学院张杨副教授参与了本论文计算工作,杨生春教授团队梁超研究员、新疆大学季辰辰副教授、上海交通大学邬剑波教授等也深入参与本工作。

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