在高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(HT-PEMFCs)中，磷種類對Pt的毒害嚴(yán)重影響了氧還原反應(yīng)（ORR）的動力學(xué)過程，制約了其商業(yè)化應(yīng)用。在此，首次采用摻雜調(diào)制應(yīng)變策略，提高了PtFe有序金屬間化合物的磷酸鹽耐受性，以改善HT-的PEMFCs性能，這是通過低量的銅作為摻雜劑來實現(xiàn)的。具體來講，銅摻雜促進(jìn)了PtFe晶體中壓縮應(yīng)變的形成，從而改變催化劑的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有利于減弱磷酸鹽在Pt表面上的吸附能。此外，高溫磷酸鹽吸附試驗表明，Pt基電催化劑中銅摻雜可以提高磷酸鹽的耐受性。在H2-O2和H2-Air氣氛條件下，低Pt負(fù)載量（0.5 mg Pt·cm-2）的陰極電催化劑組裝的HT-PEMFCs，峰值功率分別為793.5和432.6 mW·cm-2，高于商業(yè)Pt/C電催化劑約1.53和1.34倍。此外，該電催化劑還表現(xiàn)出極好的電化學(xué)穩(wěn)定性，至少100小時內(nèi)其活性損失可忽略不計，超過了大多數(shù)其他報道的ORR電催化劑。
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Figure 1.( a)Cu-PtFe/NC和c) PtFe/NC的STEM圖像；b) Cu-PtFe/NC和d) PtFe/NC的HAADF-STEM圖像；e) STEM-EDX元素分布；f)PTFe/NC和Cu-PtFe/NC的XRD圖譜和g)高分辨率Pt 4f XPS光譜。
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Figure 2. a)Pt/C、Cu-Pt/NC、PtFe/NC、Cu-PtFe/NC的ORR極化曲線；b)質(zhì)量活性和面積活性比較；160℃時單電池的高溫PEMFC性能：c）燃料電池極化曲線和相應(yīng)的功率密度，d)耐久性試驗結(jié)果；5) H2-空氣燃料電池性能；f）奈奎斯特圖。
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Figure 3. a) Pt/C、Cu-Pt/NC、PtFe/NC和Cu-PtFe/NC在HClO4和 HClO4 & PA 電解質(zhì)中的E1/2。在純PA溶液中160°C溫度下保持24小時后，電催化劑的表面分析：b) Cu-Pt/NC、c) PtFe/NC、d) Cu-PtFe/NC 的高分辨率 Pt 4f XPS光譜。
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Figure 4. PtFe/NC、Cu-PtFe/NC 以及參考樣品的a) Pt L-edge XANES譜圖，和b) Pt L-edge EXAFS譜圖。c) Cu-PtFe 晶體的電荷密度差。d) 在Cu-PtFe和PtFe 上吸附H2PO4的幾何結(jié)構(gòu)和PA吸附強度。
該研究工作由湖南大學(xué)王雙印教授課題組于2021年發(fā)表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Doping-Modulated Strain Enhancing the Phosphate Tolerance on PtFe Alloys for High-T emperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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