黄小青Adv. Funct. Mater.：实现对一维Pt-Ni高效电催化剂纳米结构的调控与优化

【引言】

由于金属纳米晶体（NC）独特的催化、光学和电子性能，它的制造和应用在物理和化学各领域受到高度关注。特别的，结构规整的Pt-NC对氧化还原反应（ORR）和燃料电池的阴极反应具有优异的催化性能，但受到Pt低储量和高价格的限制，合成一种兼具高性能和高原子利用率的新型Pt-NC成为首要目标。在各种Pt纳米结构中,多孔或空心结构具有高效的ORR催化活性及极大的原子利用率，因此在催化中有着重要的地位。

【成果简介】

近日，苏州大学黄小青教授（通讯作者）课题组在Advanced Functional Materials上发表了一篇名为“Phase and Composition Tuning of 1D Platinum-Nickel Nanostructures for Highly Efficient Electrocatalysis”的文章，研究人员通过对Pt-Ni纳米线（NWs）进行选择性刻蚀，合成了具有一维结构的多孔Pt₃Ni NWs，其多孔性可以通过改变起始的Pt-Ni原子比例进行调控。这种多孔的Pt₃Ni NWs对甲醇氧化反应和ORR表现出了惊人的催化活性和稳定性。在ORR中的质量活度可达5.60 A mg^-1，是Pt/C的37.3倍，并且在循环使用20000次后依然保持高稳定性和良好的催化活性。

【图文导读】

图1 多孔Pt₃Ni NWs的合成示意图和不同Pt-Ni原子比的NWs形貌结构分析

a)多孔Pt₃Ni NWs的合成示意图；

b-g) Pt₃Ni₃ NWs/C、Pt₃Ni₃ NWs/C-AA、Pt₃Ni_4.5 NWs/C、Pt₃Ni_4.5 NWs/CAA、Pt₃Ni₆ NWs/C、Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的HAADF-STEM图像，插图是相应的TEM图像。

图2 Pt₃Ni₆ NWs/C、Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的形貌结构分析、元素分析和晶体结构分析

a)Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的HAADF-STEM低倍图像；

b、c) Pt₃Ni₆ NWs/C、Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的元素分析图；

d)Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的STEM线扫描；

e)Pt₃Ni₆ NWs/C、Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的PXRD图谱；

f-g, h) Pt₃Ni₆ NWs/C、Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的HRTEM图。

图3 在N₂饱和的0.1M HClO₄中不同催化剂的CVs图、ECSAs、ORR极化曲线和催化活性

a)在N₂饱和的0.1M HClO₄中不同催化剂的CVs图，扫速为500 mV·S^-1；

b)不同催化剂的ECSAs；

c)不同催化剂的ORR极化曲线；

d)不同催化剂的ORR质量活度。

图4 Pt₃Ni₆ NWs/C-AA、Pt/C在0.6-1.1V之间的可逆氢电极(RHE)经过不同循环周期前后的ORR极化曲线和催化活性图示

a、c) Pt₃Ni₆ NWs/C-AA、Pt/C在0.6-1.1V之间的可逆氢电极(RHE)经过不同循环周期前后的ORR极化曲线；

b、d) Pt₃Ni₆ NWs/C-AA、Pt/C经过不同循环周期前后的质量活度。

【小结】

文章介绍了一种通过对组分分离的Pt-Ni纳米线（NWs）进行选择性刻蚀的方法，合成了具有超薄Pt富集壳、高指数晶面的一维Pt₃Ni纳米线（NWs），这种结构结合特有的高度开放性使得Pt₃Ni NWs在ORR中的反应活性优于之前大多数的Pt-NCs。多孔Pt₃Ni NW在0.9 V时的质量活度为5.60A mg ^-1，比Pt / C高出37.3倍。并且具有高度稳定性，在20 000次循环后没有明显的活度衰减。研究者们的成果为实现对高效、经济的纳米催化剂复杂结构的精确调控提供了一个新的思路方法。

文献链接：Phase and Composition Tuning of 1D Platinum-Nickel Nanostructures for Highly Efficient Electrocatalysis (Adv. Funct. Mater. ,2017, DOI: 10.1002/adfm.201700830)

本文由材料人编辑部朱喜月编译，周梦青审核，点我加入材料人编辑部。

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