聚苯胺//NaCl双层限域法调控制备中空纳米铂基金属间化合物电催化剂

Demand on the convenient and practical synthetic approach to fabricate ORR electrocatalysts with high intrinsic activity, good durability but low Pt consumption is urgently increasing for the commercialization of fuel cell technology. Herein, we plan to propose a dual-confined strategy to directly convert pure Pt solid nanoparticles (NPs) into hollow PtM NPs featured with ordered intermetallic phase. By elaborately constructing PANI//NaCl dual-confined system and in virtue of nanoscale Kirkendall effect, the solid Pt NPs can accomplish “alloying-hollowing- ordering” just through a single high-temperature step, thus achieving remarkable promotion of the intrinsic Pt activity, the stability and the Pt utilization in a controllable way. Further regulating the ratio of two confined shell, the calcining technology and other experimental parameters can modulate catalysts’ composition, structure and morphology in microscale and thus disclose the coupling relationship between geometric & electronic structure and ORR performance, ultimately helping us to build the theory basis for controllable synthesis.

开发便捷可行的技术方案制备高Pt本征活性、高稳定性且更低铂使用量的阴极氧还原（ORR）催化剂，是当前降低燃料电池成本、推动其规模化应用亟需解决的问题。本申请提出“聚苯胺//NaCl双层限域法调控制备中空纳米铂基金属间化合物电催化剂”方案。通过构建“聚苯胺//NaCl盐”内外双层限域体系并巧妙利用纳米尺度内的柯肯达尔效应，可完成“实心纯Pt纳米颗粒”至“空心有序PtM金属间化合物”的直接可控转化，从而有效便捷地实现Pt本征活性、稳定性和Pt原子利用率的三重显著提升；进一步通过调控双限域层比例、高温煅烧工艺等实验参数，还可实现原子、分子水平调变催化剂组成、形貌和结构，建立Pt微观几何构型、电子构型和表层性质与ORR催化性能之间的耦合关系，形成可控制备理论。

开发便捷可行的技术方案制备高Pt本征活性、高稳定性且更低铂使用量的电催化剂，是当前降低燃料电池成本、推动其规模化应用亟需解决的问题。本项目通过构建聚合物//NaCl双层限域体系调控制备铂基纳米中空合金或有序金属间化合物，有效便捷地实现Pt本征活性、稳定性和Pt原子利用率的三重显著提升。通过调变过渡金属盐吸附量以及高温煅烧工艺，探索影响Pt-M高温过程柯肯达尔迁移、孔结构衍变、金属间互化程度的关键因素，研究Pt实心粒子高温演变机制，建立双层限域体系理化性质、过渡金属盐吸附量、高温煅烧工艺与产品可控产出之间的关联规律，并从中获取指导性可控合成理论。运用现代电化学测试方法以及XRD、SEM、TEM、STEM、XPS、TGA、ICP等分析手段对所制备的目标催化剂以及各种中间产物进行全面考察、评价；分析研究纳米粒子的微观形态、纳米粒子演变程度、粒径大小、组分含量与电催化活性以及稳定性之间的耦合关系，获取影响Pt基纳米合金的电催化性能的关键参数，为后续催化机制的深入探究提供基础。.将所制备的高分散纳米尺度铂基中空合金或有序金属间化合物不仅应用于项目申报书所写的电催化氧气还原反应（ORR），还扩展应用于电催化甲醇氧化反应（MOR），并取得优异效果。在本项目支持下，还尝试了跨领域合作，探究共价有机框架（COFs）担载的超精细Pt纳米酶催化剂在电催化MOR方面的应用，并取得有效的成果。在积累一定实验工作基础之上，对ORR电催化剂的认识更加深刻，尤其是对Pt基纳米催化剂，将这些认识、见解加以整理，完成了对本领域发展有一定指导意义的综述论文。.在本项目经费的支持和团队人员的共同协作下，本人按照计划书中的研究内容和研究计划开展科研工作，在科研论文、专利、人才计划项目方面均有产出和进步，以第一作者或通讯作者身份发表SCI学术论文8篇，其中SCI二区及以上论文7篇，SCI一区论文2篇；以第一申请人申请中国发明专利 2项；获得重庆市巴渝青年学者人才项目。