Construction de catalyseurs en alliage PtFe à partir de Fe mésoporeux hybride

15 août 2023

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par Li Yuan, Académie chinoise des sciences

Les alliages intermétalliques à base de platine présentant une activité et une stabilité élevées sont prometteurs pour accélérer la réaction cathodique de réduction de l'oxygène (ORR) et l'application à grande échelle des piles à combustible à membrane échangeuse de protons.

Les catalyseurs Fe-NC atomiquement dispersés jouent un rôle important dans la promotion de l'efficacité des alliages PtM chargés (M = Fe, Co, Ni, etc.) en tant que supports vers l'ORR.

Cependant, des nanoparticules de fer et des oxydes de fer qui ne sont pas stables et efficaces pour l'ORR se forment souvent lors de la synthèse de Fe-NC. Comment faire bon usage de l’hybride Fe-NC avec des nanoparticules de fer ou des oxydes dopés pour augmenter l’efficacité du Pt reste un défi.

Des chercheurs de l'Institut de Qingdao de bioénergie et de technologie des bioprocédés (QIBEBT) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) et leurs collaborateurs ont fabriqué des nanoparticules de PtFe hautement dispersées chargées sur du Fe-NC mésoporeux en utilisant le Fe-NC hybride mésoporeux comme support modèle via l'in stratégie d'alliage -situ.

Les résultats ont été publiés dans le Journal of ACS Sustainable Chemistry & Engineering le 26 juin.

Ils ont découvert que H2PtCl6 pouvait être adsorbé dans la nanostructure hybride mésoporeuse principalement dopée avec des atomes uniques de Fe et de petites quantités de nanoparticules et d'oxydes à base de Fe. Et il pourrait être réduit en Pt et allié in situ aux trois espèces de fer mentionnées ci-dessus lors du traitement thermique ultérieur.

Les caractérisations systématiques ont indiqué que les catalyseurs finalement obtenus étaient composés d'un alliage PtFe avec un rapport atomique de 1: 1 et que le support était du Fe-NC atomiquement dispersé sans dopage d'autres phases.

Le catalyseur synthétisé offrant les meilleures performances a délivré un potentiel élevé de 0,925 V à une densité de courant de 3 mA cm-2 et a atteint une activité massique élevée de 497,5 mA mgPt-1 à 0,9 V pour l'ORR dans 0,1 M de HClO4. Plus important encore, seule une perte d’activité de masse de 17,9 % a été observée après 10 000 cycles potentiels de test de détérioration accélérée.

"Les résultats ouvrent une nouvelle direction pour la conception rationnelle de catalyseurs de réaction électrochimiques à base de platine très efficaces vers l'ORR en utilisant les supports atomiques impurs Fe-NC", a déclaré le professeur Liang Hanpu de QIBEBT, auteur correspondant de l'étude.

Plus d'information: Xilong Wang et al, Alliage in situ avec du Fe – N – C mésoporeux hybride pour accélérer l'efficacité de la catalyse du Pt pour la réaction de réduction de l'oxygène, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023). DOI : 10.1021/acssuschemeng.3c01836

Informations sur la revue :ACS Chimie et ingénierie durables

Fourni par l'Académie chinoise des sciences