王峰教授/张正平副教授Small：相分离Pt–SnO2/C纳米杂化催化剂用于高效氧还原电催化- 大数跨境

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王峰教授/张正平副教授Small：相分离Pt–SnO2/C纳米杂化催化剂用于高效氧还原电催化

科学材料站

2020-12-22

导读：该工作中，采用一种简单易行的相分离合成方法，在炭黑表面空气退火PtSn合金纳米粒子，利用Sn从金属颗粒中分离并被氧化成SnO2实现原位相分离，得到的Pt–SnO2/C纳米杂化材料。

文章信息

相分离Pt–SnO2/C纳米杂化催化剂用于高效氧还原电催化

第一作者：管婧宇

通讯作者：王峰*，张正平*，朱保宁*

单位：北京化工大学

研究背景

燃料电池中，由Pt纳米颗粒和第二金属氧化物组成的非均相纳米杂化材料可提高材料耐腐蚀性能并且防止了Pt颗粒的迁移。因此，作为电化学催化剂引起了广泛关注。

然而，由于金属氧化物自身导电性差，界面接触受限，以及铂–金属氧化物的晶格错配大等原因，导致直接利用金属氧化物作为载体或传统的分步负载方法（即金属氧化物在碳衬底上的初始沉积）得到的材料作为氧还原反应电催化剂的活性和稳定性相对较差。

鉴于上述挑战，采用一种简单易行的相分离合成方法，原位退火得到具有强耦合Pt–SnO2界面Pt–SnO2/C纳米杂化材料用于高效氧还原电催化。

文章简介

近日，来自北京化工大学的王峰教授、张正平教授，在国际知名期刊Small上发表题为“Phase Segregated Pt–SnO2/C Nanohybrids for Highly Efficient Oxygen Reduction Electrocatalysis”的研究工作。

该工作中，采用一种简单易行的相分离合成方法，在炭黑表面空气退火PtSn合金纳米粒子，利用Sn从金属颗粒中分离并被氧化成SnO2实现原位相分离，得到的Pt–SnO2/C纳米杂化材料。

这种相分离得到的Pt–SnO2/C杂化材料表现出优异的电催化氧还原反应活性与稳定性，其质量活性为0.46 A mg Pt-1，超过了DOE 2020指标（0.44 A mg Pt-1），并且即使经过10000个循环伏安加速稳定性测试后，Pt–SnO2/C仍保持91%的质量活性和94%的电化学活性表面积。

应用在氢气-空气燃料电池中用作电极催化剂时，该材料提供的最大面积功率密度为0.887 W cm-2，明显超过基准Pt/C催化剂。

本文要点

要点一：该工作采用一种简单有效的原位相分离合成方法制备了Pt–SnO2/C纳米杂化催化剂。

要点二：结合实验和理论计算分析，相分离得到的Pt–SnO2/C具有强耦合的Pt–SnO2界面，从而有利于电子富集的Pt 纳米粒子在压应力结构中的强锚定。

要点三：该工作表明，相分离得到的Pt–SnO2/C杂化材料是一种有效的电催化剂，同时也为能量转换装置中低成本高性能多相催化剂的制备提供了一种新的简单可控的制备方法。

文章链接

Phase Segregated Pt–SnO2/C Nanohybrids for Highly Efficient Oxygen Reduction Electrocatalysis

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.202005048

通讯作者介绍

王峰，教授，博士生导师

现任北京化工大学副校长、材料电化学过程与技术北京市重点实验室主任。2011年获国家杰出青年科学基金资助，2007年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。主要研究方向包括多元多尺度非贵金属电催化材料及其在燃料电池、金属-空气电池、废水处理等方面的应用，生物基/纳米炭材料及其在环境、储能领域的应用，以及电化学检测、光电催化等方面的研究。近年来在Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，Adv. Energy Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Nano Energy，ACS Catal.，Small 等国际知名期刊发表研究SCI论文190余篇。国内授权发明专利45件，国际授权PCT专利2件。研究开发的“氧阴极低槽电压离子膜法电解制烧碱技术”建成了全国首套氧阴极离子膜烧碱工业化示范生产装置，入选国家“十一五”重大科技成果展。

张正平，北京化工大学副教授

2017年毕业于北京化工大学材料科学与工程专业，获工学博士学位。2016-2017年在美国凯斯西储大学进行访问交流。主要从事燃料电池、电解水及工业电催化装置等应用电催化材料结构设计和性能评价，同时，通过密度泛函理论计算电化学反应过程及机理。目前承担装备预研教育部联合基金和国家自然科学基金青年基金等科研项目。在Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Nano Energy，Small 等学术期刊发表SCI收录论文46篇，申请国家发明专利2项。

课题组介绍

团队现有高级职称教师8名，博士及硕士研究生60余名。建有材料电化学过程与技术创新研究平台、北京化工大学电化学研究中心、材料电化学学科交叉班、北京化工大学-蓝星（北京）化工机械有限公司联合研究中心等。团队先后承担国家科技支撑计划项目、国家863计划项目、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、面上项目及青年基金项目等数十项科研项目。近年来在多个国际期刊发表学术论文260余篇。申请国内授权发明专利45项，国际授权PCT专利2项；编著专著、教材多部；制定国家标准1项；获省部级科技奖多项。