開發(fā)高效、抗CO中毒的非貴金屬氫氧化催化劑(HOR),對(duì)于質(zhì)子交換膜燃料電池的廣泛應(yīng)用具有重要意義。這里，通過電化學(xué)重構(gòu)方法合成了WC/WO2-WO3納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其顯示出顯著增強(qiáng)的HOR電催化活性，和優(yōu)異的CO耐受性。具體來講，最初合成的WC/WO2八面體納米粒子在電化學(xué)重構(gòu)過程中經(jīng)過原位表面氧化和剝離，導(dǎo)致WO3原位形成，同時(shí)納米粒子形貌轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米片結(jié)構(gòu)，這重構(gòu)過程促使其HOR性能提高了7倍，當(dāng)其作為陽極催化劑組裝的單個(gè)燃料電池時(shí)，實(shí)現(xiàn)了200 mW cm-2的功率密度。原位形成的WO3促進(jìn)了質(zhì)子轉(zhuǎn)移和氫氧化，使得H2在WC上的吸附與活化動(dòng)力學(xué)得以優(yōu)化，同時(shí)也加速了WO2–WO3表面上的H
+脫附動(dòng)力學(xué)，三者的協(xié)同造就了如此優(yōu)異的HOR性能。
Figure 1. （a）電化學(xué)重構(gòu)合成WC/WO2–WO3納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)的示意圖。（b-d）掃描電鏡、透射電鏡和HRTEM圖像以及相應(yīng)的快速傅里葉變換圖像。
Figure 2. (a) XRD圖譜，(b) W 4f，(c) O 1s和(d) C 1s XPS光譜，以及相應(yīng)的(e)W L3-邊緣XANES光譜和(f)R-空間中的EXAFS光譜。
Figure 3. (a) CV曲線。 (b)在1600 rpm轉(zhuǎn)速下的LSV曲線。(c) WC/WO2-After-10和商業(yè)20 wt% Pt/C的CV曲線。(d)WC/WO2-After-10循環(huán)10 000次前后的CV曲線和（e）相應(yīng)的LSV曲線。（f）原始WC/WO2和WC/WO2-After-10的交流阻抗曲線。(g)CO耐受性評(píng)估。（h）質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的主要結(jié)構(gòu)示意圖。(i)功率密度和i-V曲線。
Figure 4. 原位電化學(xué)重構(gòu)的WC/WO2–WO3的示意圖，以及提高HOR性能的相應(yīng)機(jī)制。
該研究工作由中科院上海硅酸鹽研究所Xiangzhi Cui和Jianlin Shi課題組于2021年發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：An electrochemically reconstructed WC/WO2–WO3heterostructure as a highly efficient hydrogen oxidation electrocatalyst。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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