DOI:10.1021/acscatal.0c02220
質子交換膜燃料電池陰極需要在高電位下穩定的電催化劑載體。通過靜電紡絲法制備了基于鉭摻雜氧化錫（Ta:SnO2）的電催化劑載體。摻雜量在0（未摻雜的SnO2，TO）至7.5at.％之間變化，并且對所得材料的形貌、組成、結構、孔隙率和電性能進行了表征。通過微波輔助多元醇法制備的鉑納米顆粒以不同的負載量沉積在1at.％Ta摻雜的SnO2（1Ta:SnO2）上，其最高電導率為0.09 S cm-1。將它們對氧還原反應（ORR）的電催化性能與沉積在炭黑上的相同顆粒以及市售的碳載Pt催化劑的電催化性能進行了比較。在高電位下，Pt/1Ta:SnO2比Pt/C具有更高的ORR活性和穩定性。尤其是具有最低Pt負載量（7wt％）的電催化劑表現出較高的質量活性和穩定性，XPS分析表明，這是由于非常強的金屬-載體相互作用產生的。這些結果表明，在摻有鈮（Nb:SnO2）、銻（Sb:SnO2）和鉭等五價金屬的氧化錫中，Ta:SnO2具有比Nb:SnO2更高的導電性，并且在燃料電池電壓范圍內顯示出比Sb:SnO2更高的穩定性。
圖1.0.5Ta:SnO2（a），1Ta:SnO2（b），1.5Ta:SnO2（c），2Ta:SnO2（d），5Ta:SnO2（e）和7.5Ta:SnO2（f）的SEM顯微照片。比例尺對應于600nm。
圖2.0.5Ta:SnO2（a，a1），1Ta:SnO2（b，b2），1.5Ta:SnO2（c，c1），2Ta:SnO2（d，d1），5Ta:SnO2（e，e1）和7.5Ta:SnO2（f，f1）的TEM圖像。
圖3.未摻雜和摻雜Ta（0-7.5at.％）的氧化錫的XRD衍射圖。
圖4.摻雜0-7.5at.％Ta的氧化錫纖維的拉曼光譜。
圖5.摻雜0-7.5at.％Ta的氧化錫纖維的Sn 3d（a）、Ta 4d（b）和O 1s（c）的XPS核心能級譜。
圖6.相對于RHE，在80℃，1.5至2.0V的4小時計時電流法實驗期間，在電解質（0.5 M H2SO4）中檢測到的錫和鉭的ICP-MS分析。
圖7.a）34％Pt/1Ta:SnO2（a，b）和7％Pt/1Ta:SnO2（c，d）的TEM顯微照片以及相應的Pt尺寸分布直方圖。
圖8.1）Pt/Vulcan，2）34Pt/1Ta:SnO2和3）7Pt/1Ta:SnO2的a）Pt4f和b）1）O1s XPS核心能級譜，1）1Ta:SnO2（用于Pt4f光譜的Pt/Vulcan），2）34Pt/1Ta:SnO2和3）7Pt/1Ta:SnO2的c）Sn3d和d）Ta4d XPS核心能級譜。
圖9.對于沉積在1Ta:SnO2和Vulcan（藍色）上的Pt納米顆粒（黑色為34wt％Pt，灰色為7wt％）以及商用Pt/C電催化劑（紅色）在相對于RHE的1.6V下進行電化學循環時，當掃描速度為20 mV s-1時，在O2飽和0.1 M HClO4中以1600rpm記錄的ORR極化曲線和ECSA變化（以20 mV s-1的掃描速度，在N2飽和0.1 M HClO4中測得）。在加速應力測試的開始和結束時記錄線性掃描伏安圖（BoT，實線，EoT，虛線）。
