Effiziente Katalyse der Sauerstoffreduktion durch subnanometer große Pt-Legierung-Nanodrähte

Allgemein ist bekannt, dass Pt- und Pt-Legierungs-Nanopartikel (NPs) unter 2 nm für die Sauerstoffreduktion (ORR) nicht wünschenswert sind. Ob derselbe Trend auch für Pt-basierte Nanodrähte (NWs) und Nanoplättchen zu erwarten ist, bleibt jedoch fraglich, da es keinen skalierbaren Ansatz zur Herstellung solcher Pt-Nanostrukturen gibt. Wir berichten über einen allgemeinen Ansatz zur Herstellung von subnanometer großen Pt-Legierung-NWs mit einem Durchmesser von nur 4 bis 5 Atomlagen, die von monometallischen Pt-NWs über bimetallische PtNi- und PtCo-NWs bis hin zu trimetallischen PtNiCo-NWs reichen. Im scharfen Gegensatz zu Pt-Legierungs-NPs zeigen die subnanometer großen Pt-Legierungs-NWs außergewöhnliche Massen- und spezifische Aktivitäten von 4,20 A/mg und 5,11 mA/cm2 bei 0,9 V gegenüber der reversiblen Wasserstoffelektrode (RHE), was jeweils 32,3 und 26,9 Mal höher ist als die kommerziellen Pt/C. Dichtefunktionaltheorie-Simulationen zeigen, dass die verbesserten ORR-Aktivitäten auf die katalytisch aktiven Stellen auf hochdichten (111)-Facetten in den subnanometer großen Pt-Legierungs-NWs zurückzuführen sind. Sie sind auch unter den ORR-Bedingungen sehr stabil mit vernachlässigbarem Aktivitätsabfall über 30.000 Zyklen hinweg. Unsere Arbeit präsentiert einen neuen Ansatz zur Maximierung der katalytischen Effizienz von Pt mit atomarer Nutzungsrate für eine effiziente heterogene Katalyse und darüber hinaus.