为了减少铂（Pt）的使用量，必须提高Pt催化剂的氧还原反应（ORR）活性，迄今为止，Pt合金催化剂和Pt核−壳结构催化剂在过去的20年里得到了广泛的研究。这些研究表明，Pt基催化剂表现出比参考Pt催化剂更出色的ORR活性，并且高的ORR活性来自于Pt基催化剂纳米颗粒（NPs）内部的配体和应变效应

近日，日本同志社大学Hideo Daimon提出了一种通过三聚氰胺表面改性来显著提用于ORR的Pt/C和PtCo/C合金催化剂耐久性的策略。

文章要点

1）研究人员采用方波电压为0.6−1.0 V的加速耐久性试验评价了催化剂的耐久性，并在80 °C含极少量三聚氰胺(10 μmol dm⁻³)的Ar饱和的0.1 mol dm⁻³ 的HClO₄中循环了10000次。

2）透射电子显微镜(TEM)观察表明，三聚氰胺的加入抑制了ADT过程中由于Ostwald熟化或迁移合并而导致的催化剂纳米颗粒(NPs)的尺寸增大，从而减轻了催化剂电化学比表面积的损失。更重要的是，TEM-EDX分析表明，三聚氰胺的加入抑制了PtCo纳米粒子在等温转化过程中Co的脱合金化，即使在等温转化后，合金催化剂在0.9 V时仍保持了1019 A g⁻¹-Pt的高ORR质量活性。

3）Pt/C和PtCo/C合金催化剂耐久性的提高得益于催化剂表面形成的稳定的水分子网络的不稳定和三聚氰胺分子在低配位表面铂中心的选择性吸附而抑制了铂氧物种的形成。

这项研究为大幅度提高聚合物电解质燃料电池中用于ORR的铂基催化剂的耐久性开辟了一条替代途径。

参考文献

Hideo Daimon, et al, Strategy for Drastic Improvement in the Durability of Pt/C and PtCo/C Alloy Catalysts for the Oxygen Reduction Reaction by Melamine Surface Modification, ACS Catal. 2022

DOI: 10.1021/acscatal.2c01942

https://doi.org/10.1021/acscatal.2c01942