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Optimizing the Electronic Structure of Ordered Pt–Co–Ti Ternary Intermetallic Catalyst to Boost Acidic Oxygen Reduction
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2022-06-13 , DOI: 10.1021/acscatal.2c00554 Weiyue Zhao 1 , Bin Chi 1 , Lecheng Liang 1 , Pengfei Yang 1 , Wei Zhang 2 , Xin Ge 2 , Liming Wang 1 , Zhiming Cui 1 , Shijun Liao 1
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2022-06-13 , DOI: 10.1021/acscatal.2c00554 Weiyue Zhao 1 , Bin Chi 1 , Lecheng Liang 1 , Pengfei Yang 1 , Wei Zhang 2 , Xin Ge 2 , Liming Wang 1 , Zhiming Cui 1 , Shijun Liao 1
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Developing advanced electrocatalysts toward the sluggish oxygen reduction reaction (ORR) kinetics is critical to fuel cells but still an enormous challenge at present. Here, we demonstrate a highly active and durable Pt-based ternary catalyst, ordered Pt3Co0.6Ti0.4 intermetallic nanoparticles (∼3 nm) supported on ZIF-8-derived mesoporous carbon (Pt3Co0.6Ti0.4/DMC). The Pt3Co0.6Ti0.4/DMC catalyst exhibits faster ORR kinetics compared to Pt3Co/DMC and commercial Pt/C with minimal activity loss (20.1%) and only 5 mV decay in half-wave potential after 20,000 potential cycles. More importantly, its improved performances have also been proven in the H2/air PEM single cell test. The theoretical calculations reveal that the substitution of Ti for Co induces a strengthened ligand effect and optimizes the surface electronic structure of Pt3Co0.6Ti0.4, resulting in the significantly enhanced ORR activity. This work provides a reliable and promising approach for the development of efficient and robust Pt-based ternary intermetallic electrocatalysts for practical fuel cell applications.
中文翻译：
优化有序 Pt-Co-Ti 三元金属间化合物催化剂的电子结构以促进酸性氧还原
开发针对缓慢氧还原反应（ORR）动力学的先进电催化剂对于燃料电池至关重要，但目前仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们展示了一种高活性和耐用的 Pt 基三元催化剂，即负载在 ZIF-8 衍生的介孔碳（Pt 3 Co 0.6 Ti 0.4 /DMC）上的有序 Pt 3 Co 0.6 Ti 0.4金属间化合物纳米颗粒（~3 nm ）。与 Pt 3相比，Pt 3 Co 0.6 Ti 0.4 /DMC 催化剂表现出更快的 ORR 动力学Co/DMC 和商业 Pt/C 具有最小的活性损失 (20.1%)，在 20,000 次电位循环后半波电位仅衰减 5 mV。更重要的是，其改进的性能也已在 H 2 /空气 PEM 单电池测试中得到证明。理论计算表明，Ti取代Co增强了配体效应，优化了Pt 3 Co 0.6 Ti 0.4的表面电子结构，从而显着提高了ORR活性。这项工作为开发用于实际燃料电池应用的高效、稳健的 Pt 基三元金属间化合物电催化剂提供了一种可靠且有前景的方法。
更新日期：2022-06-13
中文翻译：
优化有序 Pt-Co-Ti 三元金属间化合物催化剂的电子结构以促进酸性氧还原
开发针对缓慢氧还原反应（ORR）动力学的先进电催化剂对于燃料电池至关重要，但目前仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们展示了一种高活性和耐用的 Pt 基三元催化剂，即负载在 ZIF-8 衍生的介孔碳（Pt 3 Co 0.6 Ti 0.4 /DMC）上的有序 Pt 3 Co 0.6 Ti 0.4金属间化合物纳米颗粒（~3 nm ）。与 Pt 3相比，Pt 3 Co 0.6 Ti 0.4 /DMC 催化剂表现出更快的 ORR 动力学Co/DMC 和商业 Pt/C 具有最小的活性损失 (20.1%)，在 20,000 次电位循环后半波电位仅衰减 5 mV。更重要的是，其改进的性能也已在 H 2 /空气 PEM 单电池测试中得到证明。理论计算表明，Ti取代Co增强了配体效应，优化了Pt 3 Co 0.6 Ti 0.4的表面电子结构，从而显着提高了ORR活性。这项工作为开发用于实际燃料电池应用的高效、稳健的 Pt 基三元金属间化合物电催化剂提供了一种可靠且有前景的方法。
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