Construção de catalisadores de liga de PtFe através de Fe mesoporoso híbrido

15 de agosto de 2023

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por Li Yuan, Academia Chinesa de Ciências

Ligas intermetálicas à base de Pt com alta atividade e estabilidade são promissoras para acelerar a reação catódica de redução de oxigênio (ORR) e aplicação em larga escala de células a combustível de membrana de troca de prótons.

Os catalisadores Fe-NC atomicamente dispersos desempenham um papel significativo na promoção da eficiência de ligas PtM carregadas (M = Fe, Co, Ni, etc.) como suporte para ORR.

No entanto, nanopartículas de ferro e óxidos de ferro que não são estáveis ​​e eficientes para ORR frequentemente se formam durante a síntese de Fe-NC. Como fazer bom uso do híbrido Fe-NC com nanopartículas de ferro ou óxidos dopantes para aumentar a eficiência de Pt ainda é um desafio.

Pesquisadores do Instituto Qingdao de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos (QIBEBT) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) e seus colaboradores fabricaram nanopartículas de PtFe altamente dispersas carregadas em Fe-NC mesoporoso usando Fe-NC híbrido mesoporoso como suporte de modelo através do in estratégia de liga -situ.

Os resultados foram publicados no Journal of ACS Sustainable Chemistry & Engineering em 26 de junho.

Eles descobriram que o H2PtCl6 poderia ser adsorvido na nanoestrutura híbrida mesoporosa, principalmente dopada com átomos únicos de Fe e pequenas quantidades de nanopartículas e óxidos à base de Fe. E poderia ser reduzido a Pt e ligado in situ com as três espécies de ferro mencionadas acima durante o tratamento térmico subsequente.

As caracterizações sistemáticas indicaram que os catalisadores finalmente obtidos eram compostos de liga de PtFe com razão atômica de 1:1 e o suporte era Fe-NC atomicamente disperso sem dopagem de outras fases.

O catalisador de melhor desempenho sintetizado forneceu um alto potencial de 0,925 V a uma densidade de corrente de 3 mA cm-2 e alcançou uma alta atividade de massa de 497,5 mA mgPt-1 a 0,9 V para a ORR em 0,1 M HClO4. Mais importante ainda, apenas 17,9% de perda de atividade de massa foi observada após 10 mil ciclos potenciais de teste de deterioração acelerada.

"As descobertas fornecem uma nova direção para o projeto racional de catalisadores de reação eletroquímica baseados em Pt altamente eficientes para ORR usando suportes atômicos impuros de Fe-NC", disse o Prof. Liang Hanpu da QIBEBT, autor correspondente do estudo.

Mais Informações: Xilong Wang et al, Liga in situ com Fe–N–C mesoporoso híbrido para acelerar a eficiência de catálise de Pt para a reação de redução de oxigênio, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c01836

Informações do diário:ACS Química e Engenharia Sustentável

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências