Entschlüsselung des Stöchiometrieeffekts in Nickel-Wolfram-Legierungen für eine effiziente Wasserstoffoxidationskatalyse in alkalischen Elektrolyten

Zusammenfassung Anionenaustausch-Membran-Brennstoffzellen bieten die Möglichkeit, Katalysatoren ohne Platinmetallgruppe zu verwenden, aber die anodische Wasserstoffoxidationsreaktion (HOR) leidet unter langsamen Kinetiken und ihre Quelle ist noch umstritten. Hier zeigen wir über Nickel-Wolfram (Ni−W) Legierungskatalysatoren, dass das Verhältnis Ni : W die HOR-Leistung in alkalischem Elektrolyt erheblich bestimmt. Experimentelle und theoretische Studien entblößen, dass die Legierung mit W die ungepaarten Elektronen in Ni anpassen kann, wodurch das Potenzial bei Nullladung und die katalytische Oberfläche so gestaltet werden, dass die Hydroxyladsorption (OH ad) begünstigt wird. Die OH ad-Spezies interagieren koordiniert mit Kalium (K +) Ionen, was die K + Solvationshülle zerbricht und freie Wassermoleküle hinterlässt, wodurch die Konnektivität der Wasserstoffbrücken-Netzwerke verbessert wird. Folglich zeigt die optimale Ni 17 W 3 Legierung eine alkalische HOR-Aktivität, die die des hochmodernen Platin-auf-Kohlenstoff (Pt/C) Katalysators übertrifft, und arbeitet stabil mit vernachlässigbarem Abfall nach 10.000 Zyklen. Unsere Ergebnisse bieten neue Erkenntnisse über legierte HOR-Katalysatoren und werden das rationale Design von Katalysatoren der nächsten Generation für Brennstoffzellen leiten.