Kürzlich untersuchte ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Liang Haiwei von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) die Strukturentwicklung von intermetallischen Verbindungen, einem Brennstoffzellen-Elektrokatalysator, bei hoher Temperatur unter Verwendung von In- situ Hochtemperatur-Röntgenbeugung (HT-XRD). Sie deckten den phasenübergangstemperaturabhängigen Entwicklungsprozess der Struktur auf. Die Studie wurde veröffentlicht in Naturkommunikation.
Zuvor entwickelte Liangs Team Methoden zur Schwefelverankerung und durch kleine Moleküle unterstützte Methoden für die allgemeine Synthese von Pt-IMCs. Es war jedoch verwirrend, dass die niedrigsten Temperaturen, die zum Erhalt der IMCs-Struktur erforderlich sind, üblicherweise die Phasenübergangstemperaturen der entsprechenden Legierungen überstiegen, was der gesunden Vorstellung zu widersprechen schien, dass die geordneten Legierungsphasen nur unterhalb der Phasenübergangstemperaturen thermodynamisch stabil sind.
In dieser Forschung führte Liangs Gruppe In-situ-HT-XRD-Studien durch und charakterisierte drei Arten der Strukturentwicklung während des Glühprozesses: PtFe, PtCo und PtNi. Das Legieren und Ordnen erfolgt für PtFe gleichzeitig, während das Legieren und Ordnen während der Erwärmungs- und Abkühlungsstufen für PtCo separat stattfand. Für den PtNi-Typ fehlte der Bestellvorgang.
Die Forscher unterteilten den Prozess dann in zwei allgemeine Phasen für die drei Typen. Die Legierungsstufe hilft, das Elementverhältnis zu erreichen, bei dem eine hohe Temperatur bevorzugt wird. Das Ordnungsstadium war jedoch durch einen Phasenübergang gekennzeichnet, bei dem eine niedrigere Temperatur bevorzugt wird.
Gemäß dieser Richtlinie optimierten sie separat den Legierungs- und Bestellprozess und lieferten alle drei Typen mit der getesteten Aktivität, die dem kommerzialisierten Pt/C-Katalysator überlegen war, unter denen sich PtFe durch seine hohe Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit auszeichnete.
Diese Arbeit unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses der Legierungs-/Ordnungsstadien. Sie stellt eine Richtlinie zur Maximierung des Ordnungsgrades von geträgerten intermetallischen Katalysatoren mit akzeptablen Partikelgrößen für praktische Brennstoffzellen bereit.
Mehr Informationen:
Wei-Jie Zeng et al, Phasendiagramme leiten die Synthese hochgeordneter intermetallischer Elektrokatalysatoren: Trennung von Legierungs- und Ordnungsstufen, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35457-1
Bereitgestellt von der University of Science and Technology of China