鲁启鹏/王琦/夏静/韵勤柏Angew.：金属间PtPbBi无序非晶相电催化析氢和醇氧化！

研究内容

通过用无序的非晶相破坏高度有序的金属间化合物(IMC)相来构建非晶/金属间(A/IMC)异质相结构是提高贵金属基IMC电催化剂电催化性能的有效途径，因为其具有优化的电子结构和丰富的异质相边界作为活性位。

北京科技大学鲁启鹏、王琦、中国科学院理化技术研究所夏静和香港科技大学韵勤柏报道了用于促进析氢反应(HER)和醇氧化反应的超薄A/IMC PtPbBi纳米片(NSs)的合成。A/IMC PtPbBi NSs在酸性电解质中的HER在10 mA cm -2 下表现出仅25 mV的极低过电位，并且在100 h内表现出优异的稳定性。此外，PtPbBi NSs对甲醇氧化反应(MOR)和乙醇氧化反应(EOR)表现出高质量活性，分别是商业Pt/C的13.2和14.5倍。相关工作以“Breaking Highly Ordered PtPbBi Intermetallic with Disordered Amorphous Phase for Boosting Electrocatalytic Hydrogen Evolution and Alcohol Oxidation”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1.作者首次报道了一种一锅法合成厚度仅为2.5±0.3 nm的超薄A/IMC异质相PtPbBi纳米片(NSs)，增强HER和AOR。

要点2.A/IMC PtPbBi NSs在酸性电解质中在10 mA cm -2 下对HER实现了25 mV的小过电位，同时在至少100 h内表现出优异的稳定性。A/IMC PtPbBi NSs在碱性溶液中对甲醇氧化反应(MOR)和乙醇氧化反应(EOR)也表现出极好的电催化性能。对MOR的质量和比活性分别达到11.9 A mg -1 Pt 和14.8 mA cm -2 ，超过了大多数报道的电催化剂。

要点3.1H核磁共振( 1 H NMR)和原位傅立叶变换红外(FTIR)光谱表明，A/IMC PtPbBi NSs对MOR中的甲酸途径实现了高选择性。密度泛函理论(DFT)计算表明，构建具有A/IMC异质界面的多金属催化剂可以优化电子结构，促进关键反应中间体(*CH 2 OH)的吸附，从而提高电催化性能。

这项工作为在广泛的电化学应用中合成具有高电催化性能的异相二维纳米材料奠定了一条新的途径。

研究图文

图1. A/IMC PtPbBi NSs的（a）TEM、（b）HAADF-STEM和（c）AFM。（d）AC-HAADF-STEM图像显示A/IMC-PtPbBi NSs的非均相结构，其中结晶畴由黄色虚线标记。（d1，d2）红色和绿色正方形标记的（d）中所选区域的对应FFT。A/IMC PtPbBi NSs的（e）XRD和（f）EDS。（g）A/IMC-PtPbBi NSs的HAADF-STM和相应的元素图像。

图2.（a-d）不同反应时间后获得的产物的TEM：（a）5、（b）15、（c）30和（d）60分钟。不同的反应时间后得到的产物的（e）XRD和（f）ICP-OES。（g）A/IMC PtPbBi NSs生长过程示意图。

图3.（a）A/IMC PtPbBi NSs、PtPbBi NPs、PtBi NPs和商用Pt/C在0.5 M H 2 SO 4 中以5 mV s -1 的扫描速率的HER极化曲线。催化剂在（b）电流密度为10 mA cm -2 时的过电位(左)和过电位为50 mV时的电流密度(右)。不同催化剂的（c）Tafel图，（d）C dl 值和（e）EIS。（e）插图：等效电路。（f）不同催化剂的HER性能。（g）A/IMC PtPbBi NSs在10000次CV循环前后的LSV。插图：A/IMC PtPbBi NSs在10 mV的恒定过电位下记录100小时的计时电流曲线。（h）A/IMC PtPbBi表面h*中间体的优化结构模型。红色、紫色、蓝色和白色球体分别代表Pt、Pb、Bi和h原子。（i）氢在A/IMC PtPbBi等催化剂表面的吸附吉布斯自由能。

图4.（a）A/IMC PtPbBi NSs、PtPbBi NPs、PtBi NPs和商用Pt/C(归一化Pt质量)在N 2 饱和的1.0 M KOH溶液中，扫描速率为50 mV s -1 的CV。（b）不同催化剂在扫描速率为50 mV s -1 的N 2 饱和1.0 M KOH+1.0 M CH 3 OH溶液中的CV(归一化Pt质量)和（c）CV(归一化ECSA)。（d）不同催化剂的MA和SA的直方图。（e）A/IMC PtPbBi NSs和其他电催化剂在N 2 饱和的1.0 M KOH+1.0 M CH 3 OH溶液中，0.7 V vs RHE下的CA。（f）Pt/C和A/IMC PtPbBi NSs的CO汽提曲线。（g）A/IMC PtPbBi NSs的CA测试前后电解质的 1 H NMR分析。（h）A/IMC PtPbBi NSs和（I）Pt/C在N 2 饱和的1 M KOH+1 M CH 3 OH溶液中记录的原位FTIR光谱。

图5.（a）A/IMC PtPbBi的TDOS。（b）A/IMC PtPbBi、PtPbBi、PtBi和Pt中Pt d轨道的PDOS。白线表示Pt原子的d带中心，黑线表示费米能级。（c）A/IMC PtPbBi、PtPbBi、PtBi和Pt表面吸附了*CH 2 OH的电荷密度差异。（d）A/IMC PtPbBi、PtPbBi、PtBi和Pt上MOR过程中甲酸途径的自由能图。

文献详情

Breaking Highly Ordered PtPbBi Intermetallic with Disordered Amorphous Phase for Boosting Electrocatalytic Hydrogen Evolution and Alcohol Oxidation

Fukai Feng, Chaoqun Ma, Sumei Han, Xiao Ma, Caihong He, Huaifang Zhang, Wenbin Cao, Xiangmin Meng, Jing Xia*, Lijie Zhu, Yahui Tian, Qi Wang*, Qinbai Yun*, Qipeng Lu*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202405173

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