Legering is een algemene en efficiënte strategie om de katalytische activiteit van Pt-katalysatoren naar zuurstofreductiereactie (ORR) te stimuleren door middel van elektronische en geometrische effecten. Daarnaast, high-index oppervlakken (HIS) van Pt vertonen ook superieure ORR-activiteit, voornamelijk afkomstig van laaggecoördineerde stap- of knikatomen. Dus, een combinatie van de legering en HIS's zou een veelbelovende methode zijn om uitstekende katalysatoren voor ORR verder te ontwikkelen. Echter, gelijktijdige controle van de legeringssamenstelling en HIS-blootstelling op nanoschaal blijft een uitdaging.

Onlangs, een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Shengli Chen van de Wuhan University, China ontwierp een elektrokatalysator van nanodendriet Pt-Cu-legering met rijke stekelige takken die n (111) x (110) HIS's blootleggen met een gegradeerde samenstelling van PtCu ₃ @Pt ₃ Cu@Pt. De elektrokatalysator werd verkregen door een atmosfeer-gemoduleerde oplossing-fasesynthese gevolgd door elektrochemische deloying. De resultaten zijn gepubliceerd in Chinees tijdschrift voor katalyse .

Nanodendriet morfologie van PtCu ₃ legering wordt bereikt door het regelen van de reactieatmosferen, specifieker, door aanvankelijk een oxidatieve atmosfeer aan te brengen om holle nanokubussen van Pt-Cu-zaden te vormen, en vervolgens overschakelen naar een inerte atmosfeer waaronder een explosieve groei van dendrieten plaatsvindt. Bij het behouden van de oxidatieve atmosfeer, de Pt-Cu holle kubussen blijven groeien. Als u in eerste instantie een inerte atmosfeer aanvraagt, vijfvoudige tweelingen van Pt-Cu-kristallen vormen zich om de oppervlakte-energie te minimaliseren. De vijfvoudige tweeling groeit verder uit tot nano-polypoden onder de inerte atmosfeer, maar transformeer naar holle kubussen als je overschakelt naar een oxiderende atmosfeer vanwege de dislocaties in de vijfvoudige tweeling. De PtCu ₃ nanodendrieten zijn omgeven door een oppervlak met een hoge index en een groot aantal stappen, waarbij de (111) vlakken een roosterrandafstand van 0,214 nm vertonen, wat overeenkomt met een roosterkrimp van 5,3% in vergelijking met de 0,226 nm van Pt(111).

Elektrochemische dealloying, uitgevoerd door 100 cycli van cyclisch voltammogram (CV) met een scansnelheid van 500 mV s ^-1 tussen 0,06 ~ 1,3 V (vs. RHE) in O ₂ -verzadigd 0,1 M HClO ₄ oplossing, werd gebruikt om HIS-katalysatoren met gradiëntsamenstelling te verkrijgen uit de zoals bereide Pt-Cu-nanokristallen. Een Pt-rijk oppervlak werd verkregen terwijl de HIS's behouden blijven, leidend tot compositie-gesorteerd PtCu ₃ @Pt ₃ Cu@Pt nanodendrieten.

De nanodendritische structuur en het lage Pt-gehalte zorgen samen voor een hoge specifieke ECSA om het Pt-gebruik te verbeteren, en de HIS's en gradiëntsamenstelling van katalysatoren zorgen samen voor een hoge katalytische activiteit van zuurstofreductie. PtCu ₃ @Pt ₃ Cu@Pt-nanodendrieten vertonen uitstekende massa- en oppervlakteactiviteiten van Pt voor ORR in 0,1 M HClO ₄ oplossing, die 15 en 24 keer hoger zijn dan die van Pt/C, respectievelijk. DFT-berekeningen laten zien dat Cu-legeringen en HIS's beide hebben bijgedragen aan de aanzienlijk verbeterde activiteit van Pt, en dat de zuurstofbindende energie op de stapplaatsen van HIS's op de PtCu ₃ @Pt ₃ Cu@Pt nanodendrieten benadert de optimale waarde om ORR-activiteit te geven nabij de zogenaamde vulkaantop.