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?孫學良院士Angew：Ni-W二聚體結(jié)構(gòu)提高Pt電催化ORR性能

時間：2024-04-08 來源： 瀏覽：

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過渡金屬元素合金化Pt催化劑是提高氧還原反應（ORR）性能的有效途徑，但往往伴隨著嚴重的金屬溶解問題，導致合金催化劑穩(wěn)定性差。
基于此， 加拿大西安大略大學孫學良院士等人 報道了利用原子層沉積（ALD）技術(shù)對Pt表面進行修飾，形成一種新型的Ni-W二聚體結(jié)構(gòu)，而不是形成傳統(tǒng)的合金結(jié)構(gòu)。所得NiW@PtC催化劑在液體半電池和實際燃料電池中均表現(xiàn)出比初始Pt/C更好的ORR性能。
DFT計算解讀
通過DFT計算，作者研究了高性能的機制。利用Pt(111)模擬Pt納米顆粒，Pt(111)上的Pt原子是由Ni和/或W單原子沉積而成。
加入表面O原子來模擬Ni@PtC、W@PtC和NiW@PtC催化劑中含O的局部環(huán)境，ORR自由能譜表明，ORR的速率決定步驟（RDS）始終是O*氫化成OH*，Ni和/或W單原子的修飾增強了活性，Pt箔、Ni@PtC、W@PtC和NiW@PtC的過電位分別為0.65、0.52、0.63和0.47 V。
由于表面Pt原子是所有催化劑的活性位點，作者分析了Ni和/或W單原子周圍活性Pt位點的投影態(tài)密度（PDOS）。Pt的d波段中心為-1.85 eV，Ni@PtC為-1.81 eV，W@PtC為-1.95 eV，NiW@PtC為-1.77 eV。當電子態(tài)接近費米能級時，催化劑通常表現(xiàn)出更高的活性。
總之，Ni單原子通過調(diào)節(jié)表面Pt位點的電子結(jié)構(gòu)提高了表面Pt位點的ORR活性，而W單原子由于能夠增強O鍵，從而進一步穩(wěn)定了Ni單原子，因此具有較高的穩(wěn)定性。
Synergistic Ni-W Dimer Sites Induced Stable Compressive Strain for Boosting the Performance of Pt as Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2024 , DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202318872.
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