Rh-Doped PdCu Ordered Intermetallics for Enhanced Oxygen Reduction Electrocatalysis with Superior Methanol Tolerance

Menggang Li Zhonghong Xia Yarong Huang Lu Tao Yuguang Chao Kun Yin Wenxiu Yang Weiwei Yang Yongsheng Yu Shaojun Guo

Citation:  Li Menggang, Xia Zhonghong, Huang Yarong, Tao Lu, Chao Yuguang, Yin Kun, Yang Wenxiu, Yang Weiwei, Yu Yongsheng, Guo Shaojun. Rh-Doped PdCu Ordered Intermetallics for Enhanced Oxygen Reduction Electrocatalysis with Superior Methanol Tolerance[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(9): 1912049-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB201912049 shu

具有优异甲醇耐受性的Rh掺杂PdCu有序金属间化合物纳米粒子增强氧还原电催化

    通讯作者: 杨微微, yangww@hit.edu.cn
    于永生, ysyu@hit.edu.cn
    郭少军, guosj@pku.edu.cn
  • 基金项目:

    中国博士后基金 2018M631239

    国家自然科学基金 51871078

    国家重点基础研究发展计划 2016YFB0100201

    北京市自然科学基金(JQ18005), 国家重点基础研究发展计划(2016YFB0100201), 国家自然科学基金(51671003, 21802003, 51571072, 51871078)和中国博士后基金(2018M631239)资助项目

    国家自然科学基金 51671003

    国家自然科学基金 51571072

    国家自然科学基金 21802003

    北京市自然科学基金 JQ18005

摘要: 由于阴极催化剂有限的活性和耐久性以及甲醇渗透到阴极所导致的催化剂中毒问题,直接甲醇燃料电池(DMFCs)仍面临严峻的挑战。本文报道了一类新型的具有有序金属间结构的Rh掺杂PdCu纳米颗粒用于提高阴极氧还原反应(ORR)的活性、耐久性和甲醇耐受性。通过结合Rh原子掺杂以及有序金属间结构两者的优点,在碱性条件下,Rh掺杂PdCu金属间化合物催化剂在0.9 V电位下对氧还原质量活性相比商业Pt/C提高7.4倍。这种独特的结构还使其表现出出色的ORR耐久性,在连续20000个循环后的半波电位和质量活性几乎不变。此外,在苛刻的中毒环境下,仍可以保持Rh掺杂PdCu金属间化合物电催化剂高的氧还原催化活性。

English

    1. [1]

      Chu, S.; Majumdar, A. Nature 2012, 488, 294. doi: 10.1038/nature11475 doi: 10.1038/nature11475

    2. [2]

      Larcher, D.; Tarascon, J. Nat. Chem. 2015, 7, 19. doi: 10.1038/NCHEM.2085 doi: 10.1038/NCHEM.2085

    3. [3]

      She, Z. W.; Kibsgaard, J.; Dickens, C. F.; Chorkendorff, I.; NØrskov, J. K.; Jaramillo, T. F. Science 2017, 355, eaad4998. doi: 10.1126/science.aad4998 doi: 10.1126/science.aad4998

    4. [4]

      Ud Din, M. A.; Saleem, F.; Ni, B.; Yong, Y.; Wang, X. Adv. Mater. 2017, 29, 1604994. doi: 10.1002/adma.201604994 doi: 10.1002/adma.201604994

    5. [5]

      Sun, Y.; Huang, B.; Xu, N.; Li, Y.; Luo, M.; Li, C.; Qin, Y.; Wang, L.; Guo, S. Sci. Bull. 2019, 64, 54. doi: 10.1016/j.scib.2018.12.008 doi: 10.1016/j.scib.2018.12.008

    6. [6]

      Tao, Z.; Chen, W.; Yang, J.; Wang, X.; Tan, Z.; Ye, J.; Chen, Y.; Zhu, Y. Sci. China Mater. 2019, 62, 273. doi: 10.1007/s40843-018-9366-x doi: 10.1007/s40843-018-9366-x

    7. [7]

      Deke, M. K. Nature 2012, 486, 43. doi: 10.1038/nature11115 doi: 10.1038/nature11115

    8. [8]

      Li, C.; Liu, T.; He, T.; Ni, B.; Yuan, Q.; Wang, X. Nanoscale 2018, 10, 4670. doi: 10.1039/C7NR09669K doi: 10.1039/C7NR09669K

    9. [9]

      骆明川, 孙英俊, 秦英楠, 杨勇, 吴冬, 郭少军.物理化学学报, 2018, 34, 361. doi: 10.3866/PKU.WHXB201708312Luo, M.; Sun, Y.; Qin, Y.; Yang, Y.; Wu, D.; Guo, S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 361. doi: 10.3866/PKU.WHXB201708312

    10. [10]

      Li, C.; Huang, B.; Luo, M.; Qin, Y.; Sun, Y.; Li, Y.; Yang, Y.; Wu, D.; Li, M.; Guo, S. Appl. Catal. B: Environ. 2019, 256, 117828. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.117828 doi: 10.1016/j.apcatb.2019.117828

    11. [11]

      Luo, M.; Qin, Y.; Li, M.; Sun, Y.; Li, C.; Li, Y.; Yang, Y.; Lv, F.; Wu, D.; Zhou, P.; et al. Sci. Bull. 2020, 65, 97. doi: 10.1016/j.scib.2019.10.012 doi: 10.1016/j.scib.2019.10.012

    12. [12]

      Bu, L.; Tang, C.; Shao, Q.; Zhu, X.; Huang, X. ACS Catal. 2018, 8, 4569. doi: 10.1021/acscatal.8b00455 doi: 10.1021/acscatal.8b00455

    13. [13]

      Liu, S.; Zhang, Q.; Li, Y.; Han, M.; Gu, L.; Nan, C.; Bao, J.; Dai, Z. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2820. doi: 10.1021/ja5129154 doi: 10.1021/ja5129154

    14. [14]

      Jiang, K.; Wang, P.; Guo, S.; Zhang, X.; Shen, X.; Lu, G.; Su, D.; Huang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9030. doi: 10.1002/anie.201603022 doi: 10.1002/anie.201603022

    15. [15]

      Wang, H.; Luo, W.; Zhu, L.; Zhao, Z.; E, B.; Tu, W.; Ke, X.; Sui, M.; Chen, C.; Chen, Q.; et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1707219. doi: 10.1002/adfm.201707219 doi: 10.1002/adfm.201707219

    16. [16]

      Luo, M.; Yang, Y.; Sun, Y.; Qin, Y.; Li, C.; Li, Y.; Li, M.; Zhang, S.; Su, D.; Guo, S. Mater. Today 2019, 23, 45. doi: 10.1016/j.mattod.2018.06.005 doi: 10.1016/j.mattod.2018.06.005

    17. [17]

      Luo, M.; Zhao, Z.; Zhang, Y.; Sun, Y.; Xing, Y.; Lv, F.; Yang, Y.; Zhang, X.; Hwang, S.; Qin, Y.; et al. Nature 2019, 574, 81. doi: 10.1038/s41586-019-1603-7 doi: 10.1038/s41586-019-1603-7

    18. [18]

      Yang, Y.; Xiao, W.; Feng, X.; Xiong, Y.; Gong, M.; Shen, T.; Lu, Y.; Abruña, H. D.; Wang, D. ACS Nano 2019, 13, 5968. doi: 10.1021/acsnano.9b01961 doi: 10.1021/acsnano.9b01961

    19. [19]

      Jiang, G.; Zhu, H.; Zhang, X.; Shen, B.; Wu, L.; Zhang, S.; Lu, G.; Wu, Z.; Sun, S. ACS Nano 2015, 9, 11014. doi: 10.1021/acsnano.5b04361 doi: 10.1021/acsnano.5b04361

    20. [20]

      Wang, K.; Qin, Y.; Lv, F.; Li, M.; Liu, Q.; Lin, F.; Feng, J.; Yang, C.; Gao, P.; Guo, S. Small Methods 2018, 2, 1700331. doi: 10.1002/smtd.201700331 doi: 10.1002/smtd.201700331

    21. [21]

      Ji, X.; Gao, P.; Zhang, L.; Wang, X.; Wang, F.; Zhu, H.; Yu, J. ChemElectroChem 2019, 6, 1. doi: 10.1002/celc.201900390 doi: 10.1002/celc.201900390

    22. [22]

      Xiao, W.; Cordeiro, M. A. L; Gao, G.; Zheng, A.; Wang, J.; Lei, W.; Gong, M.; Lin, R.; Stavitski, E.; Xin, H. L.; et al. Nano Energy 2018, 50, 70. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.05.032 doi: 10.1016/j.nanoen.2018.05.032

    23. [23]

      Xiao, W.; Lei, W.; Gong, M.; Xin, H. L.; Wang, D. ACS Catal. 2018, 8, 3237. doi: 10.1021/acscatal.7b04420 doi: 10.1021/acscatal.7b04420

    24. [24]

      Gamler, J. T. L.; Ashberry, H. M.; Skrabalak, S. E.; Koczkur, K. M. Adv. Mater. 2018, 30, 1801563. doi: 10.1002/adma.201801563 doi: 10.1002/adma.201801563

    25. [25]

      Rößner, L.; Armbrüster, M. ACS Catal. 2019, 9, 2018. doi: 10.1021/acscatal.8b04566 doi: 10.1021/acscatal.8b04566

    26. [26]

      Casado-Rivera, E.; Volpe, D. J.; Alden, L.; Lind, C.; Downie, C.; Vázquez-Alvarez, T.; Angelo, A. C. D.; DiSalvo, F. J.; Abruña, H. D. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4043. doi: 10.1021/ja038497a doi: 10.1021/ja038497a

    27. [27]

      Abe, H.; Matsumoto, F.; Alden, L. R.; Warren, S. C.; Abruña, H. D.; DiSalvo, F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5452.doi: 10.1021/ja075061c doi: 10.1021/ja075061c

    28. [28]

      Cui, Z.; Chen, H.; Zhao, M.; Marshall, D.; Yu, Y.; Abruña, H.; DiSalvo, F. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10206.doi: 10.1021/ja504573a doi: 10.1021/ja504573a

    29. [29]

      Beermann, V.; Gocyla, M.; Willinger, E.; Rudi, S.; Heggen, M.; Dunin-Borkowski, R. E.; Willinger, M. G.; Strasser, P. Nano Lett. 2016, 16, 1719. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b04636 doi: 10.1021/acs.nanolett.5b04636

    30. [30]

      Tu, W.; Chen, K.; Zhu, L.; Zai, H.; E, B.; Ke, X.; Chen, C.; Sui, M.; Chen, Q.; Li, Y. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1807070. doi: 10.1002/adfm.201807070 doi: 10.1002/adfm.201807070

    31. [31]

      Liang, J.; Li, N.; Zhao, Z.; Ma, L.; Wang, X.; Li, S.; Liu, X.; Wang, T.; Du, Y.; Lu, G.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 131, 15617. doi: 10.1002/anie.201908824 doi: 10.1002/anie.201908824

    32. [32]

      Li, M.; Zhao, Z.; Xia, Z.; Yang, Y.; Luo, M.; Huang, Y.; Sun, Y.; Chao, Y.; Yang, W.; Yang, W.; et al. ACS Catal. 2020, 10, 3018. doi: 10.1021/acscatal.9b04419 doi: 10.1021/acscatal.9b04419

    33. [33]

      Huang, H.; Li, K.; Chen, Z.; Luo, L.; Gu, Y.; Zhang, D.; Ma, C.; Si, R.; Si, J.; Yang, J.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8152.doi: 10.1021/jacs.7b01036 doi: 10.1021/jacs.7b01036

    34. [34]

      Li, C.; Yuan, Q.; Ni, B.; He, T.; Zhang, S.; Long, Y.; Gu, L.; Wang, X. Nat. Commun. 2018, 9, 3702. doi: 10.1038/s41467-018-06043-1 doi: 10.1038/s41467-018-06043-1

    35. [35]

      Li, M.; Luo, M.; Xia, Z.; Yang, Y.; Huang, Y.; Wu, D.; Sun, Y.; Li, C.; Chao, Y.; Yang, W.; et al. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 20151. doi: 10.1039/c9ta06861a doi: 10.1039/c9ta06861a

    36. [36]

      Wang, C.; Chen, D. P.; Sang, X.; Unocic, R. R.; Skrabalak, S. E. ACS Nano 2016, 10, 6345. doi: 10.1021/acsnano.6b02669 doi: 10.1021/acsnano.6b02669

    37. [37]

      Wu, Y.; Zhao, Y.; Liu, J.; Wang, F. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 10700. doi: 10.1039/c8ta00029h doi: 10.1039/c8ta00029h

    38. [38]

      Xia, Z.; Guo, S. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 3265. doi: 10.1039/c8cs00846a doi: 10.1039/c8cs00846a

    39. [39]

      Lang, X. Y.; Han, G. F.; Xiao, B. B.; Gu, L.; Yang, Z. Z.; Wen, Z.; Zhu, Y. F.; Zhao, M.; Li, J. C.; Jiang, Q. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 230. doi: 10.1002/adfm.201401868 doi: 10.1002/adfm.201401868

    40. [40]

      Antolini, E. Appl. Catal. B: Environ. 2017, 217, 201. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.05.081 doi: 10.1016/j.apcatb.2017.05.081

    41. [41]

      Zhao, Y.; Wang, C.; Liu, J.; Wang, F. Nanoscale 2018, 10, 9038. doi: 10.1039/c8nr02207k doi: 10.1039/c8nr02207k

    42. [42]

      Shi, Q.; Zhu, C.; Bi, C.; Xia, H.; Engelhard, M. H.; Du, D.; Lin, Y. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 23952. doi: 10.1039/c7ta08407b doi: 10.1039/c7ta08407b

    43. [43]

      Kwak, D. H.; Han, S. B.; Kim, D. H.; Won, J. E.; Park, K. W. Appl. Catal. B: Environ. 2018, 238, 93. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.07.013 doi: 10.1016/j.apcatb.2018.07.013

    44. [44]

      Feng, Y.; Yang, C.; Fang, W.; Huang, B.; Shao, Q.; Huang, X. Nano Energy 2019, 58, 234. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.01.036 doi: 10.1016/j.nanoen.2019.01.036

    45. [45]

      Wang, K.; Du, H.; Sriphathoorat, R.; Shen, P. K. Adv. Mater. 2018, 30, 1804074. doi: 10.1002/adma.201804074 doi: 10.1002/adma.201804074

    46. [46]

      Zhu, W.; Shan, J.; Nguyen, L.; Zhang, S.; Tao, F. F.; Zhang, Y. W. Sci. China Mater. 2019, 62, 103. doi: 10.1007/s40843-018-9265-0 doi: 10.1007/s40843-018-9265-0

    47. [47]

      Li, Z.; Chen, Y.; Fu, G.; Chen, Y.; Sun, D.; Lee, J. M.; Tang, Y. Nanoscale 2019, 11, 2974. doi: 10.1039/c8nr09482a doi: 10.1039/c8nr09482a

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  24
  • HTML全文浏览量:  2
文章相关
  • 发布日期:  2020-09-15
  • 收稿日期:  2019-12-19
  • 接受日期:  2020-02-26
  • 修回日期:  2020-02-23
  • 网络出版日期:  2020-03-06
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章