19级博士生赵路甜于国际知名期刊ACB上发表有机体系电化学合成PtCo合金的相关研究
我所博士生赵路甜在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental上发表题为“Electrochemical synthesis of monodispersed and highly alloyed PtCo nanoparticles with a remarkable durability towards oxygen reduction reaction”的研究论文。该文章提出了一种电化学制备单分散、高度合金化PtCo合金纳米颗粒催化剂的方法，并且通过电化学参数结合物化表征和DFT理论计算探究了PtCo合金的生长机理，以及提升ORR活性的内在原因。
图1. DMF体系中电沉积制备PtCo合金的电极反应过程机理示意图。
作者提出了在小分子有机溶剂DMF体系中进行电化学沉积的想法，并通过合理设计沉积策略，实现了直接在碳载体上负载单分散的PtCo合金纳米颗粒。该体系中Pt前驱体和Co前驱体的还原电位差仅为~0.25V，远远小于其在水体系中的标准还原电位差值。接着通过UV-Vis得知DMF同Pt，Co前驱体离子之间存在络合作用，这可能是拉近两种金属还原电位差的内在原因。这也使得沉积得到的PtCo合金颗粒具有高度的合金化和均匀的元素分布。DFT显示DMF倾向于吸附在Pt晶体的（111）晶面上，这使得Pt合金晶体形成富（111）晶面的晶体结构。并且，DMF分子的吸附也一定程度上避免了颗粒的团聚，保证了颗粒粒径的均匀性。
图2. 前驱体和DMF的络合作用促进PtCo共沉积，以及DMF在(111)面上的特殊吸附所作用下的PtCo合金生长示意图。黄色或橙色的球体代表Pt原子，蓝色的是Co原子。 (Pt-DMF)4+和(Pt-Co-DMF)4+,2+球被用来指代Pt前驱体离子、Co前驱体离子与DMF分子的络合物。
优化的PtCo-1.8/C催化剂具有最高的面积比活性(SA)，达到商业Pt/C的5倍以上。并且得益于均匀的粒径分布和高度合金化，该催化剂能够有效避免奥斯瓦尔德熟化和过渡金属溶解带来的衰减，其经过30,000圈加速衰减测试（ADT）后，SA仅减小3.5%，半波电位仅负移3 mV。
图3. 优化的PtCo-1.8/C样品的ADT测试。(a) 经过1万、2万、3万圈ADT后的催化剂上的CV曲线。(b) 经过1万、2万、3万圈ADT后的LSV曲线。图8b中的插入柱状图是ADT前后对应的ECSA以及SA数据对比。
【文章链接】
Electrochemical synthesis of monodispersed and highly alloyed PtCo nanoparticles with a remarkable durability towards oxygen reduction reaction