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中科院上海硅酸鹽研究所Xiangzhi Cui和Jianlin Shi課題組--電化學(xué)重構(gòu)WC-WO2–WO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)用作高效燃料電池陽極催化劑
       開發(fā)高效、抗CO中毒的非貴金屬氫氧化催化劑(HOR),對于質(zhì)子交換膜燃料電池的廣泛應(yīng)用具有重要意義。這里,通過電化學(xué)重構(gòu)方法合成了WC/WO2-WO3納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu),其顯示出顯著增強的HOR電催化活性,和優(yōu)異的CO耐受性。具體來講,最初合成的WC/WO2八面體納米粒子在電化學(xué)重構(gòu)過程中經(jīng)過原位表面氧化和剝離,導(dǎo)致WO3原位形成,同時納米粒子形貌轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米片結(jié)構(gòu),這重構(gòu)過程促使其HOR性能提高了7倍,當(dāng)其作為陽極催化劑組裝的單個燃料電池時,實現(xiàn)了200 mW cm-2的功率密度。原位形成的WO3促進了質(zhì)子轉(zhuǎn)移和氫氧化,使得H2在WC上的吸附與活化動力學(xué)得以優(yōu)化,同時也加速了WO2–WO3表面上的H+脫附動力學(xué),三者的協(xié)同造就了如此優(yōu)異的HOR性能。
 
 
Figure 1. (a)電化學(xué)重構(gòu)合成WC/WO2–WO3納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)的示意圖。(b-d)掃描電鏡、透射電鏡和HRTEM圖像以及相應(yīng)的快速傅里葉變換圖像。
 
 
Figure 2. (a) XRD圖譜,(b) W 4f,(c) O 1s和(d) C 1s XPS光譜,以及相應(yīng)的(e)W L3-邊緣XANES光譜和(f)R-空間中的EXAFS光譜。
 
 
Figure 3. (a) CV曲線。 (b)在1600 rpm轉(zhuǎn)速下的LSV曲線。(c) WC/WO2-After-10和商業(yè)20 wt% Pt/C的CV曲線。(d)WC/WO2-After-10循環(huán)10 000次前后的CV曲線和(e)相應(yīng)的LSV曲線。(f)原始WC/WO2和WC/WO2-After-10的交流阻抗曲線。(g)CO耐受性評估。(h)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的主要結(jié)構(gòu)示意圖。(i)功率密度和i-V曲線。
 
  
Figure 4. 原位電化學(xué)重構(gòu)的WC/WO2–WO3的示意圖,以及提高HOR性能的相應(yīng)機制。
  
      該研究工作由中科院上海硅酸鹽研究所Xiangzhi Cui和Jianlin Shi課題組于2021年發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文:An electrochemically reconstructed WC/WO2–WO3heterostructure as a highly efficient hydrogen oxidation electrocatalyst。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號

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