Fig. 1. Caractérisations structurales du bimétallène PdMo. a-c, HAADF-STEM à faible grossissement (a), images HAADF-STEM (b) et MET (c) à fort grossissement de bimétallène PdMo. L'encart de c montre une image HRTEM du bimétallène PdMo. ré, e, Image AFM (d) et profils de hauteur correspondants (e) du bimétallène PdMo. F, Image HAADF-STEM haute résolution prise à partir d'une seule nanofeuille de bimétallène. Encart, les modèles de transformée de Fourier rapide correspondants. Crédit :Université de Pékin
Récemment, le groupe du professeur Guo Shaojun du Collège d'ingénierie de l'Université de Pékin a développé un nouveau type de sous-nanomètre, nanofeuille de PdMo hautement incurvée - en raison de son analogie structurelle avec le graphène, il a été noté PdMo bimétallène, et a montré des performances électrocatalytiques extraordinaires envers la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) dans un environnement alcalin. Lorsqu'ils sont utilisés comme électrocatalyseurs cathodiques, les nanofeuillets de PdMo permettent d'améliorer considérablement les performances de changement/décharge des batteries Zn-air et Li-air. Ce travail a été publié dans La nature le 26 septembre, 2019.
Les combustibles fossiles ont causé de graves problèmes de pollution environnementale et de changement climatique, appelant ainsi de toute urgence au développement de technologies d'énergie propre et renouvelable qui permettent un système énergétique durable. Le stockage et l'utilisation ultérieure de sources d'énergie renouvelables mais intermittentes, par exemple., solaire, vent etc., nécessite un dispositif électrochimique qui permet l'interconversion de l'électricité et des produits chimiques d'une manière efficace. L'interface électrode-électrolyte est d'une importance capitale pour l'efficacité opérationnelle de l'appareil, dans lequel les réactions électrochimiques souhaitées se produisent sous l'impulsion d'un électrocatalyseur approprié. Actuellement, le manque d'électrocatalyseur performant crée un goulot d'étranglement à la pénétration des énergies renouvelables.
L'un des plus grands défis dans ce domaine est la cinétique défavorable de l'ORR, et des électrocatalyseurs à base de métaux du groupe du platine (PGM) sont souvent nécessaires pour améliorer l'activité et la durabilité. Dans la dernière décennie, la dynamique ORR dans les environnements acides sur les catalyseurs à base de platine a été considérablement améliorée via le réglage de l'alliage, déformation superficielle, et des environnements de coordination optimisés. Néanmoins, l'amélioration de l'activité de cette réaction en milieu alcalin reste un défi en raison de la difficulté à obtenir une force de liaison à l'oxygène optimisée sur les PGM en présence d'hydroxyde.
Dans cette étude, Il a été démontré que le bimétallène PdMo est un électrocatalyseur efficace et stable pour l'ORR et l'OER dans les électrolytes alcalins, et des électrodes cathodiques prometteuses dans les batteries Zn-air et Li-air. La fonction ultrafine du bimétallène PdMo permet une impressionnante surface électrochimiquement active (138,7 m 2 /gPd) et une activité de masse vers l'ORR de 16,37 A/mgPd à 0,9 volts versus RHE dans les électrolytes alcalins. Cette activité massique est 78 fois et 327 fois supérieure à celle des catalyseurs commerciaux Pt/C et Pd/C, respectivement, avec une décroissance négligeable après 30, 000 vélo accéléré. Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité montrent qu'une énergie de liaison à l'oxygène optimisée a été obtenue sur le bimétallène PdMo en raison d'une combinaison d'effet d'alliage, l'effet de contrainte et l'effet de taille quantique. Il est envisagé que les matériaux métallènes soient très prometteurs en électrocatalyse énergétique.
Fig. 2. Etude des performances et mécanismes électrocatalytiques. une, b, Courbes de polarisation ORR (a) et comparaison des activités massiques et spécifiques (b) des catalyseurs indiqués dans 0,1 M KOH à 0,9 V par rapport à RHE. c, La gauche, vue latérale du modèle atomique du bimétallène PdMo à quatre couches. Droit, vue de dessus du modèle atomique montrant les couches 2 et 3. Dans les couches 2 et 3, chaque atome de molybdène est entouré de six atomes de palladium, indiqué par les hexagones rouge (couche 2) et bleu (couche 3). ré, Énergie de liaison à l'oxygène (ΔEO) du bimétallène PdMo en fonction des contraintes de compression (négatives) et de traction (positives). La ligne rouge horizontale indique la valeur ΔEO optimale. e, La densité d'états électroniques projetée de la bande d pour les atomes de palladium de surface dans le Pd massif, une feuille de Pd à quatre couches (Pd 4L) et PdMo. Les lignes pointillées horizontales indiquent le centre de la bande d calculé. Crédit :Université de Pékin
