
Citation: Liang Jiashun, Liu Xuan, Li Qing. Principles, Strategies, and Approaches for Designing Highly Durable Platinum-based Catalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cells[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(9): 201007. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010072

提升燃料电池铂基催化剂稳定性的原理、策略与方法
English
Principles, Strategies, and Approaches for Designing Highly Durable Platinum-based Catalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cells

-
-
[1]
杨天怡, 崔铖, 戎宏盼, 张加涛, 王定胜.物理化学学报, 2020, 36, 2003047. doi: 10.3866/PKU.WHXB202003047Yang, T. Y.; Cui, C.; Rong, H. P.; Zhang, J. T.; Wang, D. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 2003047. doi: 10.3866/PKU.WHXB202003047
-
[2]
Gasteiger, H. A.; Markovic, N. M. Science 2009, 324, 48. doi: 10.1126/science.1172083
-
[3]
Debe, M. K. Nature 2012, 486, 43. doi: 10.1038/nature11115
-
[4]
Bashyam, R.; Zelenay, P. Nature 2006, 443, 63. doi: 10.1038/nature05118
-
[5]
Kojima, K.; Fukazawa, K. ECS Trans. 2015, 69, 213.
-
[6]
Konno, N.; Mizuno, S.; Nakaji, H.; Ishikawa, Y. SAE Int. J. Alt. Power 2015, 4, 123. doi: 10.4271/2015-01-1175
-
[7]
Yoshida, T.; Kojima, K. Electrochem. Soc. Inter. 2015, 24, 45.
-
[8]
Miao, Z. P.; Wang, X. M.; Tsai, M. C.; Jin, Q. Q.; Liang, J. S.; Ma, F.; Wang, T. Y.; Zheng, S. J.; Hwang, B. J.; Huang, Y. H.; et al. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801226. doi: 10.1002/aenm.201801226
-
[9]
He, D. S.; He, D. P.; Wang, J.; Lin, Y.; Yin, P. Q.; Hong, X.; Wu, Y.; Li, Y. D. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 1494. doi: 10.1021/jacs.5b12530
-
[10]
Liang, J.; Ma, F.; Hwang, S.; Wang, X.; Sokolowski, J.; Li, Q.; Wu, G.; Su, D. Joule 2019, 3, 956. doi: 10.1016/j.joule.2019.03.014
-
[11]
Li, J. R.; Xi, Z.; Pan, Y. T.; Spendelow, J. S.; Duchesne, P. N.; Su, D.; Li, Q.; Yu, C.; Yin, Z. Y.; Shen, B.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 2926. doi: 10.1021/jacs.7b12829
-
[12]
US Department of Energy, DOE Technical Targets for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Components. https: //www.energy.gov/eere/fuelcells/doe-technicaltargets-polymer-electrolyte-membrane-fuelcell-components
-
[13]
Stamenkovic, V.; Mun, B. S.; Mayrhofer, K. J. J.; Ross, P. N.; Markovic, N. M.; Rossmeisl, J.; Greeley, J.; Norskov, J. K. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2897. doi: 10.1002/anie.200504386
-
[14]
Stamenkovic, V. R.; Fowler, B.; Mun, B. S.; Wang, G.; Ross, P. N.; Lucas, C. A.; Markovic, N. M. Science 2007, 315, 493. doi: 10.1126/science.1135941
-
[15]
Stamenkovic, V. R.; Mun, B. S.; Arenz, M.; Mayrhofer, K. J. J.; Lucas, C. A.; Wang, G. F.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2007, 6, 241. doi: 10.1038/nmat1840
-
[16]
Greeley, J.; Stephens, I. E. L.; Bondarenko, A. S.; Johansson, T. P.; Hansen, H. A.; Jaramillo, T. F.; Rossmeisl, J.; Chorkendorff, I.; Norskov, J. K. Nat. Chem. 2009, 1, 552. doi: 10.1038/Nchem.367
-
[17]
Chen, C.; Kang, Y.; Huo, Z.; Zhu, Z.; Huang, W.; Xin, H. L.; Snyder, J. D.; Li, D.; Herron, J. A.; Mavrikakis, M.; et al. Science 2014, 343, 1339. doi: 10.1126/science.1249061
-
[18]
Becknell, N.; Kang, Y. J.; Chen, C.; Resasco, J.; Kornienko, N.; Guo, J. H.; Markovic, N. M.; Somorjai, G. A.; Stamenkovic, V. R.; Yang, P. D. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15817. doi: 10.1021/jacs.5b09639
-
[19]
骆明川, 孙英俊, 秦英楠, 杨勇, 吴冬, 郭少军.物理化学学报, 2018, 34, 361. doi: 10.3866/PKU.WHXB201708312Luo, M. C.; Sun, Y. J.; Qin, Y. N.; Yang, Y.; Wu, D.; Guo, S. J. Acta Phys. -Chim. Sin 2018, 34, 361. doi: 10.3866/PKU.WHXB201708312
-
[20]
Greeley, J.; Mavrikakis, M. Nat. Mater. 2004, 3, 810. doi: 10.1038/nmat1223
-
[21]
Nørskov, J. K.; Bligaard, T.; Logadottir, A.; Kitchin, J. R.; Chen, J. G.; Pandelov, S.; Stimming, U. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, J23. doi: 10.1149/1.1856988
-
[22]
Strasser, P.; Koh, S.; Anniyev, T.; Greeley, J.; More, K.; Yu, C. F.; Liu, Z. C.; Kaya, S.; Nordlund, D.; Ogasawara, H.; et al. Nat. Chem. 2010, 2, 454. doi: 10.1038/Nchem.623
-
[23]
Luo, M. C.; Guo, S. J. Nat. Rev. Mater. 2017, 2, 17059. doi: 10.1038/natrevmats.2017.59
-
[24]
Liu, M. L.; Zhao, Z. P.; Duan, X. F.; Huang, Y. Adv. Mater. 2019, 31, 1802234. doi: 10.1002/adma.201802234
-
[25]
Chung, D. Y.; Yoo, J. M.; Sung, Y. E. Adv. Mater. 2018, 30, 1704123. doi: 10.1002/adma.201704123
-
[26]
Wang, X. X.; Swihart, M. T.; Wu, G. Nat. Catal. 2019, 2, 578. doi: 10.1038/s41929-019-0304-9
-
[27]
Borup, R.; Meyers, J.; Pivovar, B.; Kim, Y. S.; Mukundan, R.; Garland, N.; Myers, D.; Wilson, M.; Garzon, F.; Wood, D.; et al. Chem. Rev. 2007, 107, 3904. doi: 10.1021/cr050182l
-
[28]
Pourbaix, M. NACE 1974, 307.
-
[29]
Jinnouchi, R.; Toyoda, E.; Hatanaka, T.; Morimoto, Y. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 17557. doi: 10.1021/jp106593d
-
[30]
Tetteh, E. B.; Lee, H. Y.; Shin, C. H.; Kim, S. H.; Ham, H. C.; Tran, T. N.; Jang, J. H.; Yoo, S. J.; Yu, J. S. ACS Energy Lett. 2020, 5, 1601. doi: 10.1021/acsenergylett.0c00184
-
[31]
Yoo, S. J.; Hwang, S. J.; Lee, J. G.; Lee, S. C.; Lim, T. H.; Sung, Y. E.; Wieckowski, A.; Kim, S. K. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7521. doi: 10.1039/c2ee02691k
-
[32]
Hwang, S. J.; Kim, S. K.; Lee, J. G.; Lee, S. C.; Jang, J. H.; Kim, P.; Lim, T. H.; Sung, Y. E.; Yoo, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19508. doi: 10.1021/ja307951y
-
[33]
Tang, H. L.; Su, Y.; Zhang, B. S.; Lee, A. F.; Isaacs, M. A.; Wilson, K.; Li, L.; Ren, Y. G.; Huang, J. H.; Haruta, M.; et al. Sci. Adv. 2017, 3, e1700231. doi: 10.1126/sciadv.1700231
-
[34]
Zhang, J.; Wang, H.; Wang, L.; Ali, S.; Wang, C.; Wang, L.; Meng, X.; Li, B.; Su, D. S.; Xiao, F. S. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 2975. doi: 10.1021/jacs.8b10864
-
[35]
Xiong, Y.; Yang, Y.; DiSalvo, F. J.; Abruña, H. D. ACS Nano 2020, 14, 13069. doi: 10.1021/acsnano.0c04559
-
[36]
Chong, L.; Wen, J. G.; Kubal, J.; Sen, F. G.; Zou, J. X.; Greeley, J.; Chan, M.; Barkholtz, H.; Ding, W. J.; Liu, D. J. Science 2018, 362, 1276. doi: 10.1126/science.aau0630
-
[37]
Ao, X.; Zhang, W.; Zhao, B. T.; Ding, Y.; Nam, G.; Soule, L.; Abdelhafiz, A.; Wang, C. D.; Liu, M. L. Energy Environ. Sci. 2020, 13, 3032. doi: 10.1039/d0ee00832j
-
[38]
Greeley, J.; Norskov, J. K. Electrochim. Acta 2007, 52, 5829. doi: 10.1016/j.electacta.2007.02.082
-
[39]
Marcus, R. A. J. Electroanal. Chem. 1997, 438, 251. doi: 10.1016/S0022-0728(97)00091-0
-
[40]
David A.; Porter, K. E. E.; Mohamed S., Phase Transformations in Metals and Alloys, 3rd ed.; Chapman & Hall: London, 2009.
-
[41]
Mullin, J. W. Crystallization, 3rd ed.; Oxford University Press: Oxford, 1997.
-
[42]
Vej-Hansen, U. G.; Rossmeisl, J.; Stephens, I. E. L.; Schiotz, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 3302. doi: 10.1039/c5cp04694g
-
[43]
Liang, J. S.; Zhao, Z. L.; Li, N.; Wang, X. M.; Li, S. Z.; Liu, X.; Wang, T. Y.; Lu, G.; Wang, D. L.; Hwang, B. J.; et al. Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2000179. doi: 10.1002/aenm.202000179
-
[44]
Zhang, J.; Yang, H. Z.; Fang, J. Y.; Zou, S. Z. Nano Lett. 2010, 10, 638. doi: 10.1021/nl903717z
-
[45]
Choi, S. I.; Xie, S. F.; Shao, M. H.; Odell, J. H.; Lu, N.; Peng, H. C.; Protsailo, L.; Guerrero, S.; Park, J. H.; Xia, X. H.; et al. Nano Lett. 2013, 13, 3420. doi: 10.1021/nl401881z
-
[46]
Cui, C. H.; Gan, L.; Li, H. H.; Yu, S. H.; Heggen, M.; Strasser, P. Nano Lett. 2012, 12, 5885. doi: 10.1021/nl3032795
-
[47]
Chan, Q. W.; Xu, Y.; Duan, Z. Y.; Xiao, F.; Fu, F.; Hong, Y. M.; Kim, J.; Choi, S. I.; Su, D.; Shao, M. H. Nano Lett. 2017, 17, 3926. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b01510
-
[48]
Wu, J. B.; Gross, A.; Yang, H. Nano Lett. 2011, 11, 798. doi: 10.1021/nl104094p
-
[49]
Huang, X. Q.; Zhao, Z. P.; Cao, L.; Chen, Y.; Zhu, E. B.; Lin, Z. Y.; Li, M. F.; Yan, A. M.; Zettl, A.; Wang, Y. M.; et al. Science 2015, 348, 1230. doi: 10.1126/science.aaa8765
-
[50]
Jia, Q. Y.; Zhao, Z. P.; Cao, L.; Li, J. K.; Ghoshal, S.; Davies, V.; Stavitski, E.; Attenkofer, K.; Liu, Z. Y.; Li, M. F.; et al. Nano Lett. 2018, 18, 798. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b04007
-
[51]
Beermann, V.; Gocyla, M.; Willinger, E.; Rudi, S.; Heggen, M.; Dunin-Borkowski, R. E.; Willinger, M. G.; Strasser, P. Nano Lett. 2016, 16, 1719. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b04636
-
[52]
Lim, J.; Shin, H.; Kim, M.; Lee, H.; Lee, K. S.; Kwon, Y.; Song, D.; Oh, S.; Kim, H.; Cho, E. Nano Lett 2018, 18, 2450. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b00028
-
[53]
Zhang, C. L.; Sandorf, W.; Peng, Z. M. ACS Catal. 2015, 5, 2296. doi: 10.1021/cs502112g
-
[54]
Li, Y. J.; Quan, F. X.; Chen, L.; Zhang, W. J.; Yu, H. B.; Chen, C. F. RSC Adv. 2014, 4, 1895. doi: 10.1039/c3ra46299d
-
[55]
Zhang, J.; Sasaki, K.; Sutter, E.; Adzic, R. R. Science 2007, 315, 220. doi: 10.1126/science.1134569
-
[56]
Wu, Z. F.; Su, Y. Q.; Hensen, E. J. M.; Tian, X. L.; You, C. H.; Xu, Q. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 26402. doi: 10.1039/c9ta08682j
-
[57]
Lu, B. A.; Sheng, T.; Tian, N.; Zhang, Z. C.; Xiao, C.; Cao, Z. M.; Ma, H. B.; Zhou, Z. Y.; Sun, S. G. Nano Energy 2017, 33, 65. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.01.003
-
[58]
Kuttiyiel, K. A.; Kattel, S.; Cheng, S. B.; Lee, J. H.; Wu, L. J.; Zhu, Y. M.; Park, G. G.; Liu, P.; Sasaki, K.; Chen, J. G. G.; et al. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 3771. doi: 10.1021/acsaem.8b00555
-
[59]
Sun, S. H.; Murray, C. B.; Weller, D.; Folks, L.; Moser, A. Science 2000, 287, 1989. doi: 10.1126/science.287.5460.1989
-
[60]
Chen, M.; Kim, J.; Liu, J. P.; Fan, H. Y.; Sun, S. H. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7132. doi: 10.1021/ja061704x
-
[61]
Kim, J.; Rong, C. B.; Lee, Y.; Liu, J. P.; Sun, S. H. Chem. Mater. 2008, 20, 7242. doi: 10.1021/cm8024878
-
[62]
Zhang, L.; Roling, L. T.; Wang, X.; Vara, M.; Chi, M.; Liu, J.; Choi, S. I.; Park, J.; Herron, J. A.; Xie, Z.; et al. Science 2015, 349, 412. doi: 10.1126/science.aab0801
-
[63]
Qi, Z. Y.; Xiao, C. X.; Liu, C.; Goh, T. W.; Zhou, L.; Maligal-Ganesh, R.; Pei, Y. C.; Li, X. L.; Curtiss, L. A.; Huang, W. Y. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4762. doi: 10.1021/jacs.6b12780
-
[64]
Kim, J. M.; Rong, C. B.; Liu, J. P.; Sun, S. H. Adv. Mater. 2009, 21, 906. doi: 10.1002/adma.200801620
-
[65]
Kang, S. S.; Miao, G. X.; Shi, S.; Jia, Z.; Nikles, D. E.; Harrell, J. W. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1042. doi: 10.1021/ja057343n
-
[66]
Yi, D. K.; Selvan, S. T.; Lee, S. S.; Papaefthymiou, G. C.; Kundaliya, D.; Ying, J. Y. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4990. doi: 10.1021/ja0428863
-
[67]
Lee, D. C.; Mikulec, F. V.; Pelaez, J. M.; Koo, B.; Korgel, B. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 11160. doi: 10.1021/jp060974z
-
[68]
Wang, T.; Liang, J.; Zhao, Z.; Li, S.; Lu, G.; Xia, Z.; Wang, C.; Luo, J.; Han, J.; Ma, C.; et al. Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803771. doi: 10.1002/aenm.201803771
-
[69]
Chung, D. Y.; Jun, S. W.; Yoon, G.; Kwon, S. G.; Shin, D. Y.; Seo, P.; Yoo, J. M.; Shin, H.; Chung, Y. H.; Kim, H.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15478. doi: 10.1021/jacs.5b09653
-
[70]
Du, X. X.; He, Y.; Wang, X. X.; Wang, J. N. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 2623. doi: 10.1039/C6EE01204C
-
[71]
Jung, C.; Lee, C.; Bang, K.; Lim, J.; Lee, H.; Ryu, H. J.; Cho, E.; Lee, H. M. ACS Appl. Mater. Inter. 2017, 9, 31806. doi: 10.1021/acsami.7b07648
-
[72]
Chen, H.; Wang, D.; Yu, Y.; Newton, K. A.; Muller, D. A.; Abruna, H.; DiSalvo, F. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18453. doi: 10.1021/ja308674b
-
[73]
Dong, A. G.; Chen, J.; Ye, X. C.; Kikkawa, J. M.; Murray, C. B. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13296. doi: 10.1021/ja2057314
-
[74]
Zhang, S.; Zhang, X.; Jiang, G. M.; Zhu, H. Y.; Guo, S. J.; Su, D.; Lu, G.; Sun, S. H. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7734. doi: 10.1021/ja5030172
-
[75]
Wang, D. L.; Xin, H. L. L.; Hovden, R.; Wang, H. S.; Yu, Y. C.; Muller, D. A.; DiSalvo, F. J.; Abruna, H. D. Nat. Mater. 2013, 12, 81. doi: 10.1038/Nmat3458
-
[76]
Li, J.; Sharma, S.; Liu, X.; Pan, Y. T.; Spendelow, J. S.; Chi, M.; Jia, Y.; Zhang, P.; Cullen, D. A.; Xi, Z.; et al. Joule 2019, 3, 124. doi: 10.1016/j.joule.2018.09.016
-
[77]
Liang, J. S.; Li, N.; Zhao, Z. L.; Ma, L.; Wang, X. M.; Li, S. Z.; Liu, X.; Wang, T. Y.; Du, Y. P.; Lu, G.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 15471. doi: 10.1002/anie.201908824
-
[78]
Wang, X. X.; Hwang, S.; Pan, Y. T.; Chen, K.; He, Y.; Karakalos, S.; Zhang, H.; Spendelow, J. S.; Su, D.; Wu, G. Nano Lett. 2018, 18, 4163. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b00978
-
[79]
Gimenez-Lopez, M. D.; Kurtoglu, A.; Walsh, D. A.; Khlobystov, A. N. Adv. Mater. 2016, 28, 9103. doi: 10.1002/adma.201602485
-
[80]
Cheng, N. C.; Banis, M. N.; Liu, J.; Riese, A.; Li, X.; Li, R. Y.; Ye, S. Y.; Knights, S.; Sun, X. L. Adv. Mater. 2015, 27, 277. doi: 10.1002/adma.201404314
-
[81]
Jiang, K. Z.; Zhao, D. D.; Guo, S. J.; Zhang, X.; Zhu, X.; Guo, J.; Lu, G.; Huang, X. Q. Sci. Adv. 2017, 3, e1601705. doi: 10.1126/sciadv.1601705
-
[82]
Gao, F.; Zhang, Y. P.; Song, P. P.; Wang, J.; Yan, B.; Sun, Q. W.; Li, L.; Zhu, X.; Du, Y. K. Nanoscale 2019, 11, 4831. doi: 10.1039/c8nr09892a
-
[83]
Song, P. P.; Xu, H.; Wang, J.; Zhang, Y. P.; Gao, F.; Guo, J.; Shiraishi, Y.; Du, Y. K. Nanoscale 2018, 10, 16468. doi: 10.1039/c8nr04918a
-
[84]
Huang, H. W.; Li, K.; Chen, Z.; Luo, L. H.; Gu, Y. Q.; Zhang, D. Y.; Ma, C.; Si, R.; Yang, J. L.; Peng, Z. M.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8152. doi: 10.1021/jacs.7b01036
-
[85]
Li, K.; Li, X. X.; Huang, H. W.; Luo, L. H.; Li, X.; Yan, X. P.; Ma, C.; Si, R.; Yang, J. L.; Zeng, J. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 16159. doi: 10.1021/jacs.8b08836
-
[86]
Jung, S. M.; Yun, S. W.; Kim, J. H.; You, S. H.; Park, J.; Lee, S.; Chang, S. H.; Chae, S. C.; Joo, S. H.; Jung, Y.; et al. Nat. Catal. 2020, 3, 681. doi: 10.1038/s41929-020-00501-0
-
[87]
Liu, Y.; Mustain, W. E. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 530. doi: 10.1021/ja307635r
-
[88]
Jimenez-Morales, I.; Haidar, F.; Cavaliere, S.; Jones, D.; Roziere, J. ACS Catal. 2020, 10, 10399. doi: 10.1021/acscatal.0c02220
-
[89]
He, C.; Sankarasubramanian, S.; Matanovic, I.; Atanassov, P.; Ramani, V. ChemSusChem 2019, 12, 3468. doi: 10.1002/cssc.201900499
-
[90]
Park, C.; Lee, E.; Lee, G.; Tak, Y. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 268, 118414. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.118414
-
[91]
Qiao, Z.; Hwang, S.; Li, X.; Wang, C. Y.; Samarakoon, W.; Karakalos, S.; Li, D. G.; Chen, M. J.; He, Y. H.; Wang, M. Y.; et al. Energy Environ. Sci. 2019, 12, 2830. doi: 10.1039/c9ee01899a
-
[1]
-

计量
- PDF下载量: 46
- 文章访问数: 2211
- HTML全文浏览量: 562