黃小青Adv. Funct. Mater.：實現對一維Pt-Ni高效電催化劑納米結構的調控與優化

【引言】

由于金屬納米晶體（NC）獨特的催化、光學和電子性能，它的制造和應用在物理和化學各領域受到高度關注。特別的，結構規整的Pt-NC對氧化還原反應（ORR）和燃料電池的陰極反應具有優異的催化性能，但受到Pt低儲量和高價格的限制，合成一種兼具高性能和高原子利用率的新型Pt-NC成為首要目標。在各種Pt納米結構中,多孔或空心結構具有高效的ORR催化活性及極大的原子利用率，因此在催化中有著重要的地位。

【成果簡介】

近日，蘇州大學黃小青教授（通訊作者）課題組在Advanced Functional Materials上發表了一篇名為“Phase and Composition Tuning of 1D Platinum-Nickel Nanostructures for Highly Efficient Electrocatalysis”的文章，研究人員通過對Pt-Ni納米線（NWs）進行選擇性刻蝕，合成了具有一維結構的多孔Pt₃Ni NWs，其多孔性可以通過改變起始的Pt-Ni原子比例進行調控。這種多孔的Pt₃Ni NWs對甲醇氧化反應和ORR表現出了驚人的催化活性和穩定性。在ORR中的質量活度可達5.60 A mg^-1，是Pt/C的37.3倍，并且在循環使用20000次后依然保持高穩定性和良好的催化活性。

【圖文導讀】

圖1 多孔Pt₃Ni NWs的合成示意圖和不同Pt-Ni原子比的NWs形貌結構分析

a)多孔Pt₃Ni NWs的合成示意圖；

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圖像，插圖是相應的TEM圖像。

圖2 Pt₃Ni₆ NWs/C、Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的形貌結構分析、元素分析和晶體結構分析

a)Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的HAADF-STEM低倍圖像；

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

d)Pt₃Ni₆ NWs/C-AA的STEM線掃描；

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

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

圖3 在N₂飽和的0.1M HClO₄中不同催化劑的CVs圖、ECSAs、ORR極化曲線和催化活性

a)在N₂飽和的0.1M HClO₄中不同催化劑的CVs圖，掃速為500 mV·S^-1；

b)不同催化劑的ECSAs；

c)不同催化劑的ORR極化曲線；

d)不同催化劑的ORR質量活度。

圖4 Pt₃Ni₆ NWs/C-AA、Pt/C在0.6-1.1V之間的可逆氫電極(RHE)經過不同循環周期前后的ORR極化曲線和催化活性圖示

a、c) Pt₃Ni₆ NWs/C-AA、Pt/C在0.6-1.1V之間的可逆氫電極(RHE)經過不同循環周期前后的ORR極化曲線；

b、d) Pt₃Ni₆ NWs/C-AA、Pt/C經過不同循環周期前后的質量活度。

【小結】

文章介紹了一種通過對組分分離的Pt-Ni納米線（NWs）進行選擇性刻蝕的方法，合成了具有超薄Pt富集殼、高指數晶面的一維Pt₃Ni納米線（NWs），這種結構結合特有的高度開放性使得Pt₃Ni NWs在ORR中的反應活性優于之前大多數的Pt-NCs。多孔Pt₃Ni NW在0.9 V時的質量活度為5.60A mg ^-1，比Pt / C高出37.3倍。并且具有高度穩定性，在20 000次循環后沒有明顯的活度衰減。研究者們的成果為實現對高效、經濟的納米催化劑復雜結構的精確調控提供了一個新的思路方法。

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

本文由材料人編輯部朱喜月編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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