核-壳结构氧还原反应电催化剂(英文)
详细信息    查看全文 | 推荐本文 |
  • 英文篇名:Core-Shell Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction
  • 作者:常乔婉 ; 肖菲 ; 徐源 ; 邵敏华
  • 英文作者:CHANG Qiao-Wan;XIAO Fei;XU Yuan;SHAO Min-Hua;Department of Chemical and Biomolecular Engineering,The Hong Kong University of Science and Technology;
  • 关键词:核-壳结构 ; 质子交换膜燃料电池 ; 电催化 ; 铂合金 ; ; 形貌控制
  • 英文关键词:Core-shell structure;;Proton exchange membrane fuel cell;;Electrocatalysis;;Platinum alloy;;Palladium;;Shape control
  • 中文刊名:WLHX
  • 英文刊名:Acta Physico-Chimica Sinica
  • 机构:香港科技大学化学工程与生物分子工程学系;
  • 出版日期:2017-01-15
  • 出版单位:物理化学学报
  • 年:2017
  • 期:v.33
  • 基金:supported by the Research Grant Council of the Hong Kong Special Administrative Region,China(26206115)~~
  • 语种:英文;
  • 页:WLHX201701007
  • 页数:9
  • CN:01
  • ISSN:11-1892/O6
  • 分类号:17-25
摘要
金属铂是最高效的氧还原反应催化剂而被广泛应用于质子交换膜燃料电池,但其高成本阻碍了燃料电池的商业化进程。此专论主要总结了近年来核-壳结构纳米催化剂的设计、合成及在燃料电池中的应用,讨论了多种提高核-壳结构纳米催化剂的策略包括去合金化、形貌控制、表面改性等,以及在放大制备及燃料电池测试中遇到的问题。
        The high cost of platinum in catalyst layers hinders the commercialization of proton exchange membrane fuel cells. This Account reviews recent progress on core-shell nanostructures for oxygen reduction reaction(ORR) in acidic media, which is the cathodic reaction in fuel cells. The synthesis, characterization and evaluation of different types of core-shell electrocatalysts are summarized. Various strategies to improve the performance of core-shell electrocatalysts, including dealloying, morphology control, and surface modification are presented. The issues of mass production and fuel cell performance of core-shell electrocatalysts are also discussed.
引文
(1)Shao,M.H.;Chang,Q.W.;Dodelet,J.P.;Chenitz,R.Chem.Rev.2016,116(6),3594.doi:10.1021/acs.chemrev.5b00462
    (2)Nie,Y.;Li,L.;Wei,Z.Chem.Soc.Rev.2015,44(8),2168.doi:10.1039/C4CS00484A
    (3)Shao,M.H.Electrocatalysis in Fuel Cells:a Non-and Lowplatinum Approach;Springer Science&Business Media:Heidelberg,2013;pp 1-745.
    (4)Wanjala,B.N.;Fang,B.;Shan,S.;Petkov,V.;Zhu,P.;Loukrakpam,R.;Chen,Y.;Luo,J.;Yin,J.;Yang,L.Chem.Mater.2012,24(22),4283.doi:10.1021/cm301613j
    (5)Choi,S.I.;Xie,S.;Shao,M.H.;Odell,J.H.;Lu,N.;Peng,H.C.;Protsailo,L.;Guerrero,S.;Park,J.;Xia,X.Nano Lett.2013,13(7),3420.doi:10.1021/nl401881z
    (6)Strasser,P.;Koh,S.;Anniyev,T.;Greeley,J.;More,K.;Yu,C.;Liu,Z.;Kaya,S.;Nordlund,D.;Ogasawara,H.Nat.Mater.2010,2(6),454.doi:10.1021/nl3032795
    (7)Cui,C.;Gan,L.;Li,H.H.;Yu,S.H.;Heggen,M.;Strasser,P.Nano Lett.2012,12(11),5885.doi:10.1021/nl3032795
    (8)Stamenkovic,V.R.;Fowler,B.;Mun,B.S.;Wang,G.;Ross,P.N.;Lucas,C.A.;Markovi?,N.M.Science 2007,315(5811),493.doi:10.1126/science.1135941
    (9)Stamenkovic,V.R.;Mun,B.S.;Arenz,M.;Mayrhofer,K.J.;Lucas,C.A.;Wang,G.;Ross,P.N.;Markovic,N.M.Nat.Mater.2007,6(3),241.doi:10.1038/nmat1840
    (10)Shao,M.H.J.Power Sources 2011,196(5),2433.doi:10.1016/j.jpowsour.2010.10.093
    (11)Shao,M.H.;Odell,J.;Humbert,M.;Yu,T.;Xia,Y.J.Phys.Chem.C 2013,117(8),4172.doi:10.1021/jp312859x
    (12)Shao,M.H.;Huang,T.;Liu,P.;Zhang,J.;Sasaki,K.;Vukmirovic,M.;Adzic,R.Langmuir 2006,22(25),10409.doi:10.1021/la0610553
    (13)Shao,M.H.;Sasaki,K.;Adzic,R.R.J.Am.Chem.Soc.2006,128(11),3526.doi:10.1021/ja060167d
    (14)Choi,S.I.;Shao,M.H.;Lu,N.;Ruditskiy,A.;Peng,H.C.;Park,J.;Guerrero,S.;Wang,J.;Kim,M.J.;Xia,Y.ACS Nano2014,8(10),10363.doi:10.1021/nn5036894
    (15)Zhang,L.L.;Zhu,S.Q.;Chang,Q.W.;Su,D.;Yue,J.;Du,Z.;Shao,M.H.ACS Catal.2016,6(6),3428.doi:10.1021/acscatal.6b00517
    (16)Adzic,R.R.Electrocatalysis 2012,3(3-4),163.doi:10.1007/s12678-012-0112-3
    (17)Adzic,R.R.;Zhang,J.;Sasaki,K.;Vukmirovic,M.B.;Shao,M.H.;Wang,J.;Nilekar,A.U.;Mavrikakis,M.;Valerio,J.;Uribe,F.Top.Catal.2007,46(3-4),249.doi:10.1021/ja9067645
    (18)Zhang,G.;Shao,Z.G.;Lu,W.;Xie,F.;Xiao,H.;Qin,X.;Yi,B.Appl.Catal.B 2013,132,183.doi:10.1016/j.apcatb.2012.11.029
    (19)Akinpelu,A.;Merzougui,B.;Bukola,S.;Azad,A.M.;Basheer,R.A.;Swain,G.M.;Chang,Q.W.;Shao,M.H.Electrochim.Acta 2015,161,305.doi:10.1016/j.electacta.2015.02.072
    (20)Jaouen,F.;Proietti,E.;Lefèvre,M.;Chenitz,R.;Dodelet,J.P.;Wu,G.;Chung,H.T.;Johnston,C.M.;Zelenay,P.Energy Environ.Sci.2011,4(1),114.doi:10.1039/C0EE00011F
    (21)Wu,G.;More,K.L.;Johnston,C.M.;Zelenay,P.Science 2011,332(6028),443.doi:10.1126/science.1200832
    (22)Lefèvre,M.;Proietti,E.;Jaouen,F.;Dodelet,J.P.Science 2009,324(5923),71.doi:10.1126/science.1170051
    (23)Proietti,E.;Jaouen,F.;Lefèvre,M.;Larouche,N.;Tian,J.;Herranz,J.;Dodelet,J.P.Nat.Commun.2011,2,416.doi:10.1038/ncomms1427
    (24)Zhang,J.;Vukmirovic,M.B.;Xu,Y.;Mavrikakis,M.;Adzic,R.R.Angew.Chem.Int.Ed.2005,44(14),2132.doi:10.1002/anie.200462335
    (25)Rodriguez,J.Surf.Sci.Rep.1996,24(7),223.doi:10.1016/0167-5729(96)00004-0
    (26)Brankovic,S.;Wang,J.;Adzic,R.Surf.Sci.2001,474(1),L173.doi:10.1016/S0039-6028(00)01103-1
    (27)Hammer,B.;N?rskov,J.K.Adv.Catal.2000,45,71.doi:10.1016/S0360-0564(02)45013-4
    (28)Shao,M.H.;Odell,J.H.;Peles,A.;Su,D.Chem.Commun.2014,50(17),2173.doi:10.1002/cssc.201400051
    (29)Calle-Vallejo,F.;Koper,M.T.;Bandarenka,A.S.Chem.Soc.Rev.2013,42(12),5210.doi:10.1039/C3CS60026B
    (30)Oezaslan,M.;Hasche?,F.D.R.;Strasser,P.J.Phys.Chem.Lett.2013,4(19),3273.doi:10.1021/jz4014135
    (31)Zhang,J.;Sasaki,K.;Sutter,E.;Adzic,R.Science 2007,315(5809),220.doi:10.1126/science.1134569
    (32)Zhou,W.P.;Sasaki,K.;Su,D.;Zhu,Y.;Wang,J.X.;Adzic,R.R.J.Phys.Chem.C 2010,114(19),8950.doi:10.1021/jp100283p
    (33)Xu,Y.;Ruban,A.V.;Mavrikakis,M.J.Am.Chem.Soc.2004,126(14),4717.doi:10.1021/ja031701+
    (34)Zhang,J.;Mo,Y.;Vukmirovic,M.;Klie,R.;Sasaki,K.;Adzic,R.J.Phys.Chem.B 2004,108(30),10955.doi:10.1021/jp0379953
    (35)Zhang,L.;Iyyamperumal,R.;Yancey,D.F.;Crooks,R.M.;Henkelman,G.ACS Nano 2013,7(10),9168.doi:10.1021/nn403788a
    (36)Karan,H.I.;Sasaki,K.;Kuttiyiel,K.;Farberow,C.A.;Mavrikakis,M.;Adzic,R.R.ACS Catal.2012,2(5),817.doi:10.1021/cs200592x
    (37)Brankovic,S.;Mc Breen,J.;Adzic,R.J.Electroanal.Chem.2001,503(1),99.doi:10.1016/S0022-0728(01)00349-7
    (38)Shao,M.H.;Peles,A.;Shoemaker,K.;Gummalla,M.;Njoki,P.N.;Luo,J.;Zhong,C.J.J.Phys.Chem.Lett.2010,2(2),67.doi:10.1021/jz1015789
    (39)Iijima,Y.;Kondo,T.;Takahashi,Y.;Bando,Y.;Todoroki,N.;Wadayama,T.J.Electrochem.Soc.2013,160(8),F898.doi:10.1149/2.011309jes
    (40)Cai,Y.;Adzic,R.R.Adv.Phys.Chem.2011,530397.doi:10.1155/2011/530397
    (41)Shao,M.H.;Smith,B.H.;Guerrero,S.;Protsailo,L.;Su,D.;Kaneko,K.;Odell,J.H.;Humbert,M.P.;Sasaki,K.;Marzullo,J.Phys.Chem.Chem.Phys.2013,15(36),15078.doi:10.1039/C3CP52252K
    (42)Gong,K.;Choi,Y.;Vukmirovic,M.B.;Liu,P.;Ma,C.;Su,D.;Adzic,R.R.Z.Phys.Chem.2012,226(9-10),1025.doi:10.1524/zpch.2012.0239
    (43)Xiao,L.;Zhuang,L.;Liu,Y.;Lu,J.J.Am.Chem.Soc.2008,131(2),602.doi:10.1021/ja8063765
    (44)Shao,M.H.;He,G.;Peles,A.;Odell,J.H.;Zeng,J.;Su,D.;Tao,J.;Yu,T.;Zhu,Y.;Xia,Y.Chem.Commun.2013,49(79),9030.doi:10.1039/C3CC43276A
    (45)Xing,Y.;Cai,Y.;Vukmirovic,M.B.;Zhou,W.P.;Karan,H.;Wang,J.X.;Adzic,R.R.J.Phys.Chem.Lett.2010,1(21),3238.doi:10.1021/jz101297r
    (46)Yang,L.;Vukmirovic,M.B.;Su,D.;Sasaki,K.;Herron,J.A.;Mavrikakis,M.;Liao,S.;Adzic,R.R.J.Phys.Chem.C 2013,117(4),1748.doi:10.1021/jp309990e
    (47)Shao,M.H.;Peles,A.;Odell,J.J.Phys.Chem.C 2014,118(32),18505.doi:10.1021/jp503296s
    (48)Shao,M.H.;Shoemaker,K.;Peles,A.;Protsail,L.J.Am.Chem.Soc.2010,132,9253.doi:10.1021/ja101966a
    (49)Peles,A.;Shao,M.H.;Protsailo,L.Catalysts 2015,5(3),1193.doi:10.3390/catal5031193
    (50)Humbert,M.P.;Smith,B.H.;Wang,Q.;Ehrlich,S.N.;Shao,M.H.Electrocatalysis 2012,3(3-4),298.doi:10.1007/s12678-012-0103-4
    (51)Thambidurai,C.;Gebregziabiher,D.K.;Liang,X.;Zhang,Q.;Ivanova,V.;Haumesser,P.H.;Stickney,J.L.J.Electrochem.Soc.2010,157(8),D466.doi:10.1149/1.3454213
    (52)Khateeb,S.;Guerreo,S.;Su,D.;Darling,R.M.;Protsailo,L.V.;Shao,M.H.J.Electrochem.Soc.2016,163(7),F708.doi:10.1149/2.1301607jes
    (53)Zhu,S.Q;J.Y.;Qin X.P.;Wei,Z.;Liang,Z.D.;Adzic,R.R.;Brankovic,S.;Du,Z.;Shao,M.H.J.Electrochem.Soc.2016,163(12),D3040.doi:10.1149/2.0061612jes
    (54)Long,N.V.;Ohtaki,M.;Hien,T.D.;Randy,J.;Nogami,M.Electrochim.Acta 2011,56(25),9133.doi:10.1016/j.electacta.2011.07.090
    (55)Chen,Y.;Liang,Z.;Yang,F.;Liu,Y.;Chen,S.J.Phys.Chem.C2011,115(49),24073.doi:10.1021/jp207828n
    (56)Du,B.;Zaluzhna,O.;Tong,Y.J.Phys.Chem.Chem.Phys.2011,13(24),11568.doi:10.1039/C1CP20761J
    (57)Atienza,D.O.;Allison,T.C.;Tong,Y.J.J.Phys.Chem.C2012,116(50),26480.doi:10.1021/jp310313k
    (58)Jung,N.;Chung,Y.H.;Chung,D.Y.;Choi,K.H.;Park,H.Y.;Ryu,J.;Lee,S.Y.;Kim,M.;Sung,Y.E.;Yoo,S.J.Phys.Chem.Chem.Phys.2013,15(40),17079.doi:10.1039/C3CP52807C
    (59)Chen,Y.;Shi,J.J.Fuel Cell Sci.Technol.2015,12(2),021005.doi:10.1115/1.4028149
    (60)Xie,S.;Choi,S.I.;Lu,N.;Roling,L.T.;Herron,J.A.;Zhang,L.;Park,J.;Wang,J.;Kim,M.J.;Xie,Z.Nano Lett.2014,14(6),3570.doi:10.1021/nl501205j
    (61)Park,J.;Zhang,L.;Choi,S.I.;Roling,L.T.;Lu,N.;Herron,J.A.;Xie,S.;Wang,J.;Kim,M.J.;Mavrikakis,M.ACS Nano2015,9(3),2635.doi:10.1021/nn506387w
    (62)Peng,Z.;Yang,H.J.Am.Chem.Soc.2009,131(22),7542.doi:10.1021/ja902256a
    (63)Alia,S.M.;Jensen,K.O.;Pivovar,B.S.;Yan,Y.ACS Catal.2012,2(5),858.doi:10.1021/cs200682c
    (64)Liu,X.;Eileen,H.Y.;Scott,K.Appl.Catal.B 2015,162,593.doi:10.1016/j.apcatb.2014.07.038
    (65)Zhang,L.;Roling,L.T.;Wang,X.;Vara,M.;Chi,M.;Liu,J.;Choi,S.I.;Park,J.;Herron,J.A.;Xie,Z.Science 2015,349(6246),412.doi:10.1126/science.aab0801
    (66)Choi,R.;Choi,S.I.;Choi,C.H.;Nam,K.M.;Woo,S.I.;Park,J.T.;Han,S.W.Chem.Eur.J.2013,19(25),8190.doi:10.1002/chem.201203834
    (67)Zhang,Y.;Hsieh,Y.C.;Volkov,V.;Su,D.;An,W.;Si,R.;Zhu,Y.;Liu,P.;Wang,J.X.;Adzic,R.R.ACS Catal.2014,4(3),738.doi:10.1021/cs401091u
    (68)Zhang,G.;Shao,Z.G.;Lu,W.;Xiao,H.;Xie,F.;Qin,X.;Li,J.;Liu,F.;Yi,B.J.Phys.Chem.C 2013,117(26),13413.doi:10.1021/jp401375b
    (69)Liu,L.;Samjeske,G.;Nagamatsu,S.I.;Sekizawa,O.;Nagasawa,K.;Takao,S.;Imaizumi,Y.;Yamamoto,T.;Uruga,T.;Iwasawa,Y.J.Phys.Chem.C 2012,116(44),23453.doi:10.1021/jp308021a
    (70)Anderson,R.M.;Zhang,L.;Loussaert,J.A.;Frenkel,A.I.;Henkelman,G.;Crooks,R.M.ACS Nano 2013,7(10),9345.doi:10.1021/nn4040348
    (71)Wang,Y.J.;Zhao,N.;Fang,B.;Li,H.;Bi,X.T.;Wang,H.Chem.Rev.2015,115(9),3433.doi:10.1021/cr500519c
    (72)Hwang,S.J.;Kim,S.K.;Lee,J.G.;Lee,S.C.;Jang,J.H.;Kim,P.;Lim,T.H.;Sung,Y.E.;Yoo,S.J.J.Am.Chem.Soc.2012,134(48),19508.doi:10.1021/ja307951y
    (73)Guo,S.;Zhang,S.;Su,D.;Sun,S.J.Am.Chem.Soc.2013,135(37),13879.doi:10.1021/ja406091p
    (74)Wang,C.;Van der Vliet,D.;More,K.L.;Zaluzec,N.J.;Peng,S.;Sun,S.;Daimon,H.;Wang,G.;Greeley,J.;Pearson,J.Nano Lett.2010,11(3),919.doi:10.1021/nl102369k
    (75)Wu,J.;Gross,A.;Yang,H.Nano Lett.2011,11(2),798.doi:10.1021/nl104094p
    (76)Carpenter,M.K.;Moylan,T.E.;Kukreja,R.S.;Atwan,M.H.;Tessema,M.M.J.Am.Chem.Soc.2012,134(20),8535.doi:10.1021/ja300756y
    (77)Cui,C.;Ahmadi,M.;Behafarid,F.;Gan,L.;Neumann,M.;Heggen,M.;Cuenya,B.R.;Strasser,P.Farad.Discuss.2013,162,91.doi:10.1039/C3FD20159G
    (78)Zhang,C.;Hwang,S.Y.;Trout,A.;Peng,Z.J.Am.Chem.Soc.2014,136(22),7805.doi:10.1021/ja501293x
    (79)Huang,X.;Zhao,Z.;Cao,L.;Chen,Y.;Zhu,E.;Lin,Z.;Li,M.;Yan,A.;Zettl,A.;Wang,Y.M.Science 2015,348(6240),1230.doi:10.1126/science.aaa8765
    (80)Wu,Y.;Cai,S.;Wang,D.;He,W.;Li,Y.J.Am.Chem.Soc.2012,134(21),8975.doi:10.1021/ja302606d
    (81)Sasaki,K.;Naohara,H.;Cai,Y.;Choi,Y.M.;Liu,P.;Vukmirovic,M.B.;Wang,J.X.;Adzic,R.R.Angew.Chem.Int.Ed.2010,49(46),8602.doi:10.1002/anie.201004287
    (82)Kongkanand,A.;Subramanian,N.P.;Yu,Y.;Liu,Z.;Igarashi,H.;Muller,D.A.ACS Catal.2016,6(3),1578.doi:10.1021/acscatal.5b02819

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700