[ad_1]
Usando una técnica de agregación de gas, dos aleaciones de Pt-RE en forma de nanopartículas con tamaños uniformes, PtXY y puntoXGd (x especifica una estequiometría cambiante o una estructura de aleación mal caracterizada) se obtuvieron de fuentes de grupos. Sus actividades específicas alcanzaron 14 mA cm−2mientras que las actividades en masa se acercaron a 4 A mgPt−1. Estos se encuentran entre los valores más altos reportados hasta la fecha.
dr. Yang Hu (Instituto de Conversión y Almacenamiento de Energía, Universidad Técnica de Dinamarca) y el Dr. Qing-Feng Li (Instituto de Conversión y Almacenamiento de Energía, Universidad Técnica de Dinamarca) dirigió este estudio.
Las aleaciones de metales de tierras raras (RE) de platino, una familia de catalizadores, muestran un excelente rendimiento en medios ácidos en la reacción de reducción de oxígeno (ORR). Para la superficie completa de Pt policristalino a granel5Electrodos RE, actividades específicas publicadas a 0,9 V (frente a RHE) se probaron en HClO 0,1 M4 La solución está en el rango de 7 a 11 mA cm−2. Esto es de 3,5 a 5,5 veces más que para la superficie de Pt policristalino.
el puntoXLas partículas de aleación de Gd retuvieron la actividad de masa de aproximadamente 2,8 mA cmpunto−1 tras el test de estrés acelerado de 10.000 ciclos de potencial en O2-HClO 0,1 M saturado4 de 0,6 a 1,0 V. Aún así, este es 2,8 veces más activo en comparación con su contraparte de Pt puro.
Sin embargo, estos resultados probables de electrodos a granel y partículas modelo aún no se han podido interpretar en un catalizador en tiempo real, por lo que ha habido una investigación generalizada durante la última década.
Los investigadores esperan sintetizar catalizadores de aleación de Pt-RE a gran escala y evaluar su excelente rendimiento en celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM), y han logrado un progreso notable.
Recientemente, el equipo de Hu desarrolló un enfoque químico global escalable para la síntesis de catalizadores de aleación de Pt-RE con soporte de carbono. El proceso clave de la síntesis es calentar una mezcla de precursores en estado sólido en un entorno reductor. Usando este método, una colección de catalizadores de aleación de Pt-RE, como BP3Y, punto2Di-s y Pt5La, se sintetizaron y se logró una escala de producción de hasta 10 g/lote.
Tanto la estabilidad como la actividad de la ORR están significativamente influenciadas por el tamaño de las partículas de la aleación de Pt-RE.
Investigaciones previas sobre el PtXDi-s y PtXLas partículas Y producidas a partir de la fuente del grupo demostraron que los tamaños de partículas ideales están entre 6 y 9 nm, que es mayor que el de las nanopartículas de Pt puro (es decir, 3 nm). Los diferentes tamaños óptimos resultan de las propiedades químicas y estructurales únicas de las partículas de aleación de Pt-RE.
Los iones de metales de tierras raras tienen potenciales de reducción estándar extremadamente bajos, por ejemplo -2,372 V para Y/Y3+. Los átomos de RE tienden a ser eluidos de la región superficial de las partículas de aleación para convertirse en una capa superior de Pt cuando entran en contacto con un medio ácido.
La capa superior se tensa bajo compresión debido a la distancia Pt-Pt más corta en el núcleo de la partícula de aleación. En la capa superior de Pt, este efecto de estiramiento conduce a una energía de unión algo debilitada de HO*, lo que aumenta su actividad hacia la ORR.
El efecto de este estiramiento se debe principalmente al tamaño del núcleo de aleación. Cuanto más pequeña es la partícula, más débil es el efecto.
El trabajo anterior también mostró que las partículas de aleación de Pt-RE de menos de 3 nm de tamaño perdían la mayoría de los átomos de RE una vez que entraban en contacto con una solución ácida. Por lo tanto, las partículas de aleación de Pt-RE deben ser significativamente grandes, idealmente superiores a 6 nm, para lograr una buena estabilidad y actividad catalítica.
Sin embargo, las partículas grandes inevitablemente tienen áreas superficiales específicas minúsculas y, por lo tanto, una mala utilización de los átomos de platino. Por lo tanto, se ha sugerido un rango de tamaño ideal de 6 a 9 nm para partículas de aleación de Pt-RE para ORR.
En esta investigación, Hu y su equipo intentan sintetizar catalizadores de aleación de Pt-RE con las estructuras óptimas propuestas, una fase intermetálica de Pt5RE con un tamaño de partícula de 6 a 9 nm. punto5Ce fue elegido como la fase de aleación objetivo porque es una de las estructuras de aleación de Pt RE más estables indicadas para ORR y Ce es uno de los metales RE más abundantes y económicos.
Los dos factores importantes en el uso industrial del catalizador en las celdas de combustible PEM son la estabilidad y el precio. Se probaron diferentes condiciones de síntesis y una gama de catalizadores con un solo Pt5La fase Ce se ha preparado con éxito.
Luego se hicieron intentos para ajustar el Pt5El tamaño de las partículas de Ce, que se convirtió en el principal desafío de esta investigación. Estudiaron el modelo de crecimiento del Pt5Ce partículas durante todo el proceso de síntesis para llevar a cabo esta tarea.
Luego investigaron el efecto de dos factores de síntesis en el proceso de crecimiento de partículas. Sintetizaron un Pt5Muestra de Ce/C con una desviación estándar de 1,3 nm y un tamaño de partícula medio de 5,2 nm que muestra un rendimiento ORR favorable.
referencia de la revista
Zhou, q. y otros. (2022) Adaptando los tamaños de partículas de Pt5Nanopartículas de aleación de Ce para la reacción de reducción de oxígeno. Sensores avanzados y materiales de potencia. doi.org/10.1016/j.asems.2022.100025.
Fuente: http://www.zhongkeqikan.com/
[ad_2]