DOI:10.1021/acscatal.0c02220

质子交换膜燃料电池阴极需要在高电位下稳定的电催化剂载体。通过静电纺丝法制备了基于钽掺杂氧化锡（Ta:SnO2）的电催化剂载体。掺杂量在0（未掺杂的SnO2，TO）至7.5at.％之间变化，并且对所得材料的形貌、组成、结构、孔隙率和电性能进行了表征。通过微波辅助多元醇法制备的铂纳米颗粒以不同的负载量沉积在1at.％Ta掺杂的SnO2（1Ta:SnO2）上，其最高电导率为0.09 S cm-1。将它们对氧还原反应（ORR）的电催化性能与沉积在炭黑上的相同颗粒以及市售的碳载Pt催化剂的电催化性能进行了比较。在高电位下，Pt/1Ta:SnO2比Pt/C具有更高的ORR活性和稳定性。尤其是具有最低Pt负载量（7wt％）的电催化剂表现出较高的质量活性和稳定性，XPS分析表明，这是由于非常强的金属-载体相互作用产生的。这些结果表明，在掺有铌（Nb:SnO2）、锑（Sb:SnO2）和钽等五价金属的氧化锡中，Ta:SnO2具有比Nb:SnO2更高的导电性，并且在燃料电池电压范围内显示出比Sb:SnO2更高的稳定性。

图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显微照片。比例尺对应于600nm。

图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图像。

图3.未掺杂和掺杂Ta（0-7.5at.％）的氧化锡的XRD衍射图。

图4.掺杂0-7.5at.％Ta的氧化锡纤维的拉曼光谱。

图5.掺杂0-7.5at.％Ta的氧化锡纤维的Sn 3d（a）、Ta 4d（b）和O 1s（c）的XPS核心能级谱。

图6.相对于RHE，在80℃，1.5至2.0V的4小时计时电流法实验期间，在电解质（0.5 M H2SO4）中检测到的锡和钽的ICP-MS分析。

图7.a）34％Pt/1Ta:SnO2（a，b）和7％Pt/1Ta:SnO2（c，d）的TEM显微照片以及相应的Pt尺寸分布直方图。

图8.1）Pt/Vulcan，2）34Pt/1Ta:SnO2和3）7Pt/1Ta:SnO2的a）Pt4f和b）1）O1s XPS核心能级谱，1）1Ta:SnO2（用于Pt4f光谱的Pt/Vulcan），2）34Pt/1Ta:SnO2和3）7Pt/1Ta:SnO2的c）Sn3d和d）Ta4d XPS核心能级谱。

图9.对于沉积在1Ta:SnO2和Vulcan（蓝色）上的Pt纳米颗粒（黑色为34wt％Pt，灰色为7wt％）以及商用Pt/C电催化剂（红色）在相对于RHE的1.6V下进行电化学循环时，当扫描速度为20 mV s-1时，在O2饱和0.1 M HClO4中以1600rpm记录的ORR极化曲线和ECSA变化（以20 mV s-1的扫描速度，在N2饱和0.1 M HClO4中测得）。在加速应力测试的开始和结束时记录线性扫描伏安图（BoT，实线，EoT，虚线）。