開發(fā)高效且穩(wěn)定的鉑基（Pt）氧還原反應(yīng)（ORR）催化劑是促進(jìn)燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的一種重要途徑。Pt基合金納米線是一種很有前景的ORR催化劑，但長(zhǎng)期循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致活性損失阻礙了其應(yīng)用。這里，報(bào)道了面心立方結(jié)構(gòu)的有序PtFeIr（fct-PtFeIr/C）金屬間化合物納米線催化劑的制備，其平均直徑為2.6 nm，。其中，二氧化硅保護(hù)策略可以防止高溫相變過程中PtFeIr納米線的變形。所制備的fct-PtFeIr/C催化劑顯示出出色的ORR 活性(2.03 A mg
Pt-1)，優(yōu)于面心立方結(jié)構(gòu)的無序PtFeIr納米線(1.11 A mg
Pt-1)和商用Pt/C (0.21 A mg
Pt-1)。重要的是，穩(wěn)定性測(cè)試后該fct-PtFeIr/C催化劑的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)活性仍能保持，這顯示了有序結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
Figure 1. 二氧化硅保護(hù)策略制備fct-PtFeIr/C催化劑的原理示意圖。
Figure 2. a–d)在不同合成階段獲得的樣品的形貌和成份表征。a-c) TEM圖像和d）XRD圖。e–h)fct-PtFeIr/C樣品的結(jié)構(gòu)表征。e) HAADF-STEM圖像。紅色和青色球分別代表鉑(銥)和鐵。f)模擬原子排列。g)沿(e)中的青色線截取的Z對(duì)比強(qiáng)度分布圖。h) fct-PtFeIr/C中納米線的EDX元素圖，顯示Pt、Fe和Ir元素的均勻分布情況。
Figure 3. 對(duì)照樣品的形貌和成分表征。fct-PtFeIr/C-no SiO2樣品的a) TEM圖像和b) 的XRD圖。c) fcc-PtFe納米線和d) fcc-PtFe-1/C樣品的TEM 圖像。
Figure 4. fct-PtFeIr/C、fcc-PtFeIr/C和商業(yè) Pt/C的ORR活性。a) 在N2飽和的 0.1 M HClO4 電解液中的CV 曲線。b) 在O2飽和的0.1 M HClO4 電解液中的ORR極化曲線。c) SA和d) MA直方圖。
Figure 5. 各種催化劑電催化穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。a) fct-PtFeIr/C和b) fcc-PtFeIr/C在循環(huán)10000圈CV前后的ORR極化曲線。c)循環(huán)穩(wěn)定性前后的質(zhì)量活性對(duì)比。d）fct-PtFeIr/C循環(huán)后的TEM圖像。e) EDX元素映射。f) fcc-PtFeIr/C循環(huán)后的TEM圖像。
該研究工作由中科院理化技術(shù)研究所張鐵銳課題組于2021年發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上。原文：Ordered PtFeIr Intermetallic Nanowires Prepared through a Silica-Protection Strategy for the Oxygen Reduction Reaction。
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