Concentration Gradient Pd-Ir-Ni/C Electrocatalyst with Enhanced Activity and Methanol Tolerance for Oxygen Reduction Reaction in Acidic Medium
Concentration Gradient Pd-Ir-Ni/C Electrocatalyst with Enhanced Activity and Methanol Tolerance for Oxygen Reduction Reaction in Acidic Medium
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具有增强活性和甲醇耐受性的浓度梯度 Pd-Ir-Ni/C 电催化剂用于酸性介质中的氧还原反应
DOI：
10.1016/j.electacta.2016.01.184
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发表时间：
2016-02
影响因子：
6.6
通讯作者：
Geping Yin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Esubalew Meku;Chunyu Du;Yajing Wang;Lei Du;Yongrong Sun;Fanpeng Kong;Geping Yin
本研究展示了浓度梯度（CG）Pd-Ir-Ni/C电催化剂的概念，该催化剂由IrNi合金核、浓度梯度IrPd层和用于氧还原反应（ORR）的Pd表面组成，该催化剂通过简便的顺序多元醇方法合成，无需任何额外的表面活性剂。通过X射线衍射、透射电子显微镜和X射线光电子能谱对CG Pd-Ir-Ni/C电催化剂进行了表征。结果发现，平均直径为 5.8 ± 1.5 nm 的 Pd-Ir-Ni 纳米颗粒均匀分布在碳载体上。这些Pd-Ir-Ni纳米颗粒通过自发置换反应具有一定程度的Pd合金化，以及具有富Pd表面的浓度梯度IrPd壳。 CG Pd-Ir-Ni/C 催化剂的 ORR 极化测量表明，在 0.80 V 和 0.7 V 下，其质量活性分别是 Pd/C 催化剂的 5.6 和 9.9 倍。此外，在甲醇存在下，该催化剂表现出比商用 Pt/C 催化剂更好的 ORR 选择性。电催化活性的增强主要归因于下面的浓度梯度层诱导的表面 Pd 的最佳压缩晶格应变。我们的工作为开发用于燃料电池的高性能和低成本电催化材料提供了极具潜力的策略。
This study demonstrates a concept of concentration gradient (CG) Pd-Ir-Ni/C electrocatalyst consisting of IrNi alloy core, concentration gradient IrPd layer and Pd surface for the oxygen reduction reaction (ORR), which is synthesized by a facile sequential polyol method without any additional surfactant. The CG Pd-Ir-Ni/C electrocatalyst is characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. It is found that the Pd-Ir-Ni nanoparticles with a mean diameter of 5.8 ± 1.5 nm are uniformly distributed on the carbon support. These Pd-Ir-Ni nanoparticles possess a certain degree of Pd alloying through the spontaneous replacement reaction, and concentration gradient IrPd shell with Pd-rich surface. The ORR polarization measurement of the CG Pd-Ir-Ni/C catalyst illustrates a mass activity of 5.6 and 9.9 times that of Pd/C catalyst at 0.80 V and 0.7 V, respectively. Moreover, this catalyst exhibits a better ORR selectivity than commercial Pt/C catalyst in the presence of methanol. The enhanced electrocatalytic activity is mainly attributed to the optimal compressive lattice strain of surface Pd induced by the underlying concentration gradient layer. Our work provides a highly potential strategy to develop high performance and low cost electrocatalytic materials for fuel cells.
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