Adding refractory 5d transition metal W into PtCo system: An advanced ternary alloy for efficient oxygen reduction reaction

Article abstract of DOI:10.1039/c8ta00029h

Tungsten (W), as a refractory 5d transition high-valency metal with unique physical and chemical properties, can substantially improve Pt-based alloys, providing a superior electrocatalytic performance for the oxygen reduction reaction (ORR), which is considered a key cathode process in fuel cell automotives or portable devices. In this study, we developed a graphene-supported Pt-Co-W ternary alloy, by using a facile one-pot polyol co-reduction of the above three metals. In 0.1 M HClO₄ solution, the obtained Pt-Co-W ternary alloy exhibited a surprisingly high specific activity of 3.41 mA cm^-2, which is 4.3 times higher than that of the well-known Pt-Co binary alloy (0.80 mA cm^-2) and 13 times more than that obtained by the state-of-the-art Pt/C (0.27 mA cm^-2). The mass activity of the alloy was 2.25 A mg_Pt^-1, which is 4.2 times higher than that of the Pt-Co binary alloy (0.53 A mg_Pt^-1) and 12 times higher than that obtained by the state-of-the-art Pt/C (0.19 A mg_Pt^-1) at 0.9 V versus a reversible hydrogen electrode (RHE). The remarkably enhanced ORR activity could be attributed to the incorporation of a small amount of W into the Pt-Co alloy system at an atomic level. The added W atoms could not only strengthen the chemical adsorption of oxygen molecules but also significantly facilitate desorption of the oxygenated species on the active Pt sites in this ternary alloy, because W has a stronger electronegativity, higher unsaturated 5d orbitals, and higher valency coordinated with these oxygenated groups. Therefore, introducing cheap refractory transition metals, like W, into Pt-based binary alloys may open a door to fabricate efficient next-generation ternary catalysts for the ORR.

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M at erials Chemistry A
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Liu and F. Wang, J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA00029H.
Volume
4
Number
1
7
January 2016 Pages 1–330
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ISSN 2050-7488
PAPER
Kun Chang, Zhaorong Chang et al.
Bubble-template-assisted synthesis of hollow fullerene-like
MoS nanocages as a lithium ion battery anode material
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DOI: 10.1039/C8TA00029H
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Journal of Materials Chemistry A
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DOI: 10.1039/C8TA00029H
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Journal of Materials Chemistry A
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DOI: 10.1039/C8TA00029H
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DOI: 10.1039/C8TA00029H
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Journal of Materials Chemistry A
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DOI: 10.1039/C8TA00029H
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Journal of Materials Chemistry A
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DOI: 10.1039/C8TA00029H
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Journal of Materials Chemistry A
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DOI: 10.1039/C8TA00029H
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Journal of Materials Chemistry A
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DOI: 10.1039/C8TA00029H
Adding refractory 5d transition metal W into PtCo system: An
advanced ternary alloy for efficient oxygen reduction reaction
Yijun Wu, Yige Zhao, Jingjun Liu*, Feng Wang*
Schematic diagram of the Pt-Co-W catalyst with remarkably enhanced ORR activity than the Pt/C.