第一作者：Suqiong He

通讯作者：Lunhui Guan

通讯单位：Fujian Institute of Research on the Structure of Matter

研究内容：

碳纳米材料负载的有序铂合金电催化剂由于其独特的电子结构和几何结构所产生的催化性能，特别是在氧还原反应(ORR)中的催化性能，引起了人们的广泛关注。然而，用简单的方法制备均匀有序的铂合金电催化剂仍是当务之急。这篇论文采用两步直接退火法在单壁碳纳米角(SWCNH)上制备了均匀有序的 (PTFE)合金纳米颗粒。该纳米颗粒是由一种小的有机配体苯胺在第一次退火过程中聚合裂解而成的一层薄的N掺杂碳(NC)壳层。在H₂气氛中二次退火9h后，得到的样品(记为PtFe@NC/SWCNH(H₂-9h))在石墨化的SWCNH载体上呈现出均匀有序的面心四方结构(有序度>80%，平均尺寸为∼5.2 nm)。在不去除NC壳层的情况下，PtFe@NC/SWCNHs(H₂-9h)样品表现出对ORR的质量活性(0.9V时为1.53mA/mg_Pt)和比活性(0.9V时为3.61 mA/cm²)，这是由于有序的FCT-PTFE结构增强了电子相互作用。重要的是，经过长期的稳定性测试，它仍然保持着较高的催化活性，这主要是由于FCT-PTFE有序的结构和NC壳层的保护，分别对铁的浸出和纳米粒子的聚集提供了很强的抵抗能力。将该方法推广到制备不同有序的PtM或Pt₃M(M=Fe/Co)合金电催化剂。

要点一：

on style="white-space: normal; text-indent: 2em;">在H₂气氛中二次退火9 h后，得到的样品（PtFe@NC/SWCNH（H₂-9h））在石墨化的SWCNH载体上呈现出均匀有序的面心四方结构（有序度>80%，平均尺寸为5.2 nm）

要点二：

要点三：

图1. (a)带NC壳保护的PtFe@NC/ swcnh (H2-9h)制备示意图。(b)纯化后的swcnh TEM图像。(c) Pt−Fe@NC/ swcnh的TEM图像概况及其尺寸分布(插入图)。(d) PtFe@NC/ swcnh (H2-9h) TEM图像概述及其尺寸分布(插入图)。(e) PtFe@NC/ swcnh (H2-9h)的HR-TEM图像。(f−m) HAABF−STEM图像和PtFe@NC/ swcnh (H2-9h)的元素映射。比例尺:4纳米。(g) Pt和Fe元素，(h) Pt元素，(i) Fe元素，(j) C元素，(k) N元素，(l) C元素，和(m) N元素去除Pt和Fe信号。

图2.  (a) PtFe@NC/ SWCNH (H₂-9h)和Pt−Fe@NC/SWCNH样品在−70 kOe ~ 70 kOe(室温)范围内的XRD谱图和(b)磁滞回线。 (c) Pt−Fe@NC/ swcnh的HR-TEM图像和(d)其FFT图像。(e) PtFe@NC/ SWCNH (H₂-9h)的HR-TEM图像和(f)其FFT图像。

图3. (a) PtFe@NC/ SWCNH (H₂-9h)、Pt−Fe@NC/ SWCNH和Pt/C在0.1 M HClO4下1600 rpm时的LSV曲线和(b) Tafel斜率。(c) 0.9 V时的MA和(d) SA值。(e) N₂饱和0.1 M HClO₄中Pt/ c、Pt−Fe@NC/ SWCNH和PtFe@NC/ SWCNH (H2-9h)的CV曲线。(f) 1600 rpm (0.1 M HClO₄)下PtFe@NC/ SWCNH (H₂-9h)、Pt₃Fe@NC/ SWCNH (H₂-6h)、PtCo@NC/ SWCNH (H₂-9h)和Pt−Ni@NC/ SWCNH (H₂-9h)的LSV曲线。

图4.  (a) PtFe@NC/SWCNH (H₂-9h)、PtFe@NC/SWCNH和Pt/C催化剂在0.6~ 1.0 V (1600 rpm)下循环10,000次前后的LSV曲线和(b) MA (0.9 V)

图5. (a) H₂PtCl₆和FeCl₃、H₂PtCl₆和Fe(ACAC)₃、Pt−苯胺和FeCl₃、Pt−苯胺和Fe(ACAC)₃(即Pt−Fe@NC/ SWCNHs)和PtFe@NC/SWCNHs(H₂-9h)样品的XRD谱图。(b)在相同Pt负载(3.82μg_Pt, 0.1 M HClO₄)下，通过RRDE测量在1600 rpm下得到对比样品的LSV曲线。(c) H₂PtCl₆和FeCl₃样品的透射电镜(TEM)和(d)尺寸分布。(e) H₂PtCl₆和Fe(ACAC)₃样品的透射电镜(TEM)和(f)尺寸分布。(g) Pt -苯胺和FeCl₃样品的TEM和(h)尺寸分布。

参考文献

He, S.;  Liu, Y.;  Zhan, H.; Guan, L., Direct Thermal Annealing Synthesis of Ordered Pt Alloy Nanoparticles Coated with a Thin N-Doped Carbon Shell for the Oxygen Reduction Reaction. ACS Catalysis 2021, 11 (15), 9355-9365.