改进多元醇法制备Pt/C催化剂及其性能表征

采用多元醇法和一种新的改进多元醇法制备了用于质子交换膜燃料电池的Pt/C催化剂,并对2种方法制备的催化剂进行了比较。后者是将Pt前驱体先负载至碳黑上,再加入多元醇还原,制备出了粒度分布均匀,分散性好的Pt/C催化剂。利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及动态伏安法(CV)表征催化剂的微观组织形貌、物相组成以及电化学性能。研究结果表明,先还原后负载方式的多元醇法制备的Pt/C催化剂容易团聚。而先负载后还原方式制备的Pt/C催化剂则粒度分布均匀,分散性好,粒径大小在1.2～3.2 nm,电化学测试也表明,该Pt/C催化剂的质量电流密度为23.42 A/g,具有更高的催化活性。     

碳载Pd-Co-Au合金纳米粒子的制备及其电催化性能

采用乙二醇还原法并进一步热处理制备碳载Pd-Co-Au(Pd-Co-Au/C)三元合金纳米电催化剂,通过旋转圆盘和环盘电极等技术评价催化剂对氧气还原反应的电催化活性,并分析氧气还原的机理.结果表明:合成Pd-Co-Au/C催化剂中Pd和Au两相面心立方(fcc)结构共存,且随着热处理温度的提高,对应于Au的衍射峰强度减弱,而Pd衍射峰强度增强:当温度高于800℃时,形成具有Pd单相fcc结构的三元合金纳米催化剂.氧气还原反应的动力学表明:氧气在Pd-Co-Au/C三元合金催化剂上按4e路径还原为水.电化学表征表明,在酸性介质中,经800℃热处理的Pd7Co<<2>Au1/C催化剂对氧气还原的电催化活性最高,接近于商业化Pt/C的性能;而在含甲醇的酸性介质中,Pd-Co-Au/C催化剂电催化氧气还原的活性显著高于Pt/C.因此,Pd-Co-Au/C是一种高抗甲醇的新型氧气还原反应电催化剂.     

聚苯胺增强 Pt / C 催化剂活性和稳定性研究

目的制备一种具有高稳定性和高催化活性的Pt/C@PANI"核/壳"结构催化剂。方法利用原位化学氧化聚合法制备聚苯胺修饰Pt/C@PANI"核/壳"结构催化剂,采用循环伏安加速寿命实验,结合电化学活性表面积、氧还原活性、X-射线光电子能谱和透射电镜,考察所制备催化剂的活性和稳定性,通过密度泛函理论探究PANI增强Pt/C催化剂活性和稳定性的量子化学本质原因。结果电化学测试表明, Pt/C@PANI催化剂的催化活性与聚苯胺包覆层含量和厚度密切相关,Pt/C@PANI(30%)催化剂具有最好的催化活性,其质量比活性和比表面比活性分别为商业化Pt/C催化剂的1.6和1.8倍。加速寿命实验表明,Pt/C@PANI(30%)催化剂具有很好的稳定性,经过1500圈CV扫描后,其电化学活性表面积仅下降了30%,而商业化Pt/C催化剂降低了83%。理论计算表明,PANI将电子转移给载体C,导致自身空穴增加,PANI部分氧化,导电性增强;PANI的存在使Pt/C@PANI体系的HOMO能级升高,减小了与氧气分子LUMO能级的差异,有利于电子从催化剂HOMO转移到氧分子的LUMO轨道,使得氧容易得到电子;PANI吸附后,Pt原子d带中心显著降低,利于中间物种的脱附,催化活性更高。结论 PANI包覆层抑制了Pt纳米粒子在载体表面的迁移、团聚长大和溶解/再沉积,有效地解决了Pt/C催化剂的Ostwald肿大,催化剂的活性和稳定性得到显著提升。     

MnO_2@graphene复合材料的制备及其对微生物燃料电池阴极氧还原反应的催化活性EI北大核心CSCD

以高锰酸钾、草酸锰、石墨烯为原料,采用化学共沉淀法制备MnO_2@graphene复合材料,用X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜、比表面测定等对其进行表征。以MnO_2@graphene为MFC阴极氧还原反应催化剂,采用循环伏安法和电化学阻抗法研究MnO_2@graphene催化电极对氧还原反应的催化活性。结果表明:粒度为400 nm左右的MnO_2颗粒通过静电相互作用均匀而牢固地分散在纸片状graphene表面,形成MnO_2@graphene复合材料。循环伏安测试结果表明:当扫描速率为5 m V/s时,虽然MnO_2@graphene催化电极在p H为7.0的磷酸盐缓冲体系(PBS)的氧还原反应起峰电位比Pt/C催化电极负0.048V,但其峰电位(-0.440 V)与Pt/C催化电极的起峰电位(-0.434 V)接近。随着循环次数的增加,MnO_2@graphene催化电极的起峰电位稍有下降,但峰电流密度下降很小,表明MnO_2@graphene催化剂具有更好的氧还原催化活性和更优秀的循环稳定性。电化学阻抗实验发现:MnO_2@graphene催化电极的电荷转移阻抗为12.6?,比同条件下Pt/C催化电极和MnO_2催化电极的低,表明由于graphene增加MnO_2的导电性,降低催化电极电荷转移阻抗,加快电子的转移速率,促进阴极氧还原反应。     

MnO_2@graphene复合材料的制备及其对微生物燃料电池阴极氧还原反应的催化活性

以高锰酸钾、草酸锰、石墨烯为原料,采用化学共沉淀法制备MnO_2@graphene复合材料,用X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜、比表面测定等对其进行表征。以MnO_2@graphene为MFC阴极氧还原反应催化剂,采用循环伏安法和电化学阻抗法研究MnO_2@graphene催化电极对氧还原反应的催化活性。结果表明:粒度为400 nm左右的MnO_2颗粒通过静电相互作用均匀而牢固地分散在纸片状graphene表面,形成MnO_2@graphene复合材料。循环伏安测试结果表明:当扫描速率为5 m V/s时,虽然MnO_2@graphene催化电极在p H为7.0的磷酸盐缓冲体系(PBS)的氧还原反应起峰电位比Pt/C催化电极负0.048V,但其峰电位(-0.440 V)与Pt/C催化电极的起峰电位(-0.434 V)接近。随着循环次数的增加,MnO_2@graphene催化电极的起峰电位稍有下降,但峰电流密度下降很小,表明MnO_2@graphene催化剂具有更好的氧还原催化活性和更优秀的循环稳定性。电化学阻抗实验发现:MnO_2@graphene催化电极的电荷转移阻抗为12.6?,比同条件下Pt/C催化电极和MnO_2催化电极的低,表明由于graphene增加MnO_2的导电性,降低催化电极电荷转移阻抗,加快电子的转移速率,促进阴极氧还原反应。     

Ni掺杂的Pt/C碱性条件下电催化氧还原性能(英文)

采用溶胶法制备了用于阴离子膜直接甲醇燃料电池的Pt-Ni/C阴极电催化剂,用XRD、XPS和TEM对催化剂进行了表征,电位线性扫描伏安法测试电化学活性及抗甲醇性.结果表明,制备的Pt-Ni合金颗粒分布均匀,粒径为3～5 nm;掺杂Ni元素可显著增加Pt的催化活性和抗甲醇性,在相同碱性电解液中,不同原子比例Pt-Ni/C的催化剂以Pt50Ni50/C的活性最高,抗甲醇性相对Pt/C有显著提高,在0.1 mol/L KOH溶液中其最大电流密度达到106 mA/mg,氧电还原起始过电位比Pt/C的小50 mV.     

碱性介质中Pt纳米线电极对甲醇提高的电催化氧化活性（英文）

借助阳极氧化铝模板,通过交流电沉积的方法制备了Pt纳米线。通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪和X射线光电子能谱(XPS)等检测手段分别对Pt纳米线的组织形貌、晶体结构和化学状态等进行了表征。通过循环伏安法(CV)和时间电流法(i-t)对Pt纳米线在KOH碱性介质中的电催化氧化性能进行了表征。结果表明:Pt纳米线的直径约为65~75nm,纳米线径向呈毛刺结构,属于多晶态结构。Pt纳米线电极在碱性介质中对甲醇具有高的电催化氧化活性,约为商业Pt/C(JM公司)催化剂的1.38倍。此外,对Pt纳米线的催化机理进行了简要分析。     

Pt-W-Ru-Se簇合物用于DMFC氧还原性能的研究

用低温合成法制备出不同Pt掺杂量的Pt-W-Ru-Se催化剂,应用旋转圆盘电极电位扫描法测试其对氧还原反应的催化作用,采用XRD、EDS、XPS技术表征结构及表面组成。结果表明,Pt能够显著增强W-Ru-Se对氧还原反应的催化活性,尤其以含5%Pt(质量分数,下同)的Pt-W-Ru-Se催化剂最为明显,在0.5mol·L-1H2SO4中其对氧还原反应的电催化活性超过了W-Ru-Se和Pt;甲醇存在时,其稳定性和抗甲醇性也都超过了Pt。     

Pt掺杂W-Ru-Se纳米簇合物电催化氧还原性能

以低温合成法制备了Pt掺杂的W-Ru-Se纳米簇合物,并应用旋转圆盘电极线性电位扫描法测试其对氧还原反应的电催化性能,采用XRD、EDS、XPS表征结构及表面组成。结果表明,掺杂Pt后W-Ru-Se对氧还原反应活性明显提高,尤其以掺杂5%Pt(质量分数, 下同)的W-Ru-Se活性提高最为显著,在0.5 mol?L-1 H2SO4中Pt-W-Ru-Se (5%Pt)的氧还原起始电位为0.25 V,峰电流密度为310 mA?mg-1,是W-Ru-Se峰电流密度的2.2倍,活性接近于Pt/C。电解液中存在甲醇时,Pt-W-Ru-Se (5%Pt)的活性和抗甲醇性优于Pt/C     

结构有序化金属间Pt3Co纳米线用于强化电催化氧还原性能

氧还原反应(ORR)之于燃料电池,金属空气电池等清洁能源转化装置十分重要,因此设计并合成高效且稳定的阴极氧还原催化剂已是目前热门的发展课题。为了达到精准合成材料,且最大程度地使用铂的目的,我们在此使用多孔氧化铝模板(AAO)进行恒电位沉积,在一定浓度的溶液中合成Pt₃Co一维合金纳米线。随后,合金纳米线在真空环境下进行高温退火,分别在400 ℃和650 ℃转变为无序相和有序相Pt₃Co纳米线并通过结构表征证明其已实现有序化转变。合金催化剂在AAO模板内退火,有效地防止了其在高温环境中产生团聚。通过磷酸和铬酸的溶解,合金纳米线从AAO中释放,并用于电催化氧还原反应测试。正如预期一样,与无序Pt₃Co纳米线和商业Pt/C颗粒相比,有序Pt₃Co纳米线表现出更好的半波电位和质量活性,证实了有序Pt₃Co纳米线在元素分布和晶格结构上的优势。此外,有序和无序Pt₃Co纳米线在经过5000次耐久性循环测试后,仍然比Pt/C颗粒具有更强的稳定性。由此可以看出,有序Pt₃Co纳米线作为一种可接受的,具有潜在商业价值的催化材料,成为未来燃料电池催化剂的备选材料。     

Preparation and catalytic activity of CO-resistant catalyst core-shell Au@Pt/C for methanol oxidation

Au@Pt core-shell nanoparticles were successfully synthesized by a successive reduction method and then assembled on Vulcan XC-72 carbon surface.Furthermore,its composition,morphology,structure,and activity towards methanol oxidation were characterized by UV-vis spectrometry,transmission electron microscopy (TEM),high-resolution TEM (HRTEM),X-ray diffraction (XRD),X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),and cyclic voltammetry (CV).Results reveal that Au@Pt/C catalyst has better activity towards methanol oxidation than the pure platinum prepared under the same conditions.When the atomic ratio of Au to Pt in the prepared Au@Pt/C catalyst is 1∶2,this catalyst exhibits best electrocatalytic activity towards methanol oxidation in acidic media,and the peak current density on this catalyst is ～2.0times higher than that on Pt/C catalyst.The better catalytic activity of Au@Pt/C results from its better resistance to toxic CO than Pt/C because the CO oxidation on Au@Pt/C is 60 mV more negative than the case on Pt/C.     

Peculiarities of the behavior of a PdCoPt/C cathodic catalyst in an acidic environment: Formation of core-shell structures

A PdCoPt/C catalytic system is synthesized by modifying a commercial 20% Pd/C (ETEK) catalyst, and its morphology and composition are determined. The stability of the catalyst is estimated by means of accelerated durability testing in a 0.5 M H₂SO₄ solution either using potential cycling or in the absence of polarization. The partial dissolution of Pd and Co components is shown to result in a restructuring of the catalyst surface and the formation of a core-shell Pt/PdCoPt/C structure with higher catalytic activity and stability compared to a Pt/C system. The results of experiments with a rotating ring disc electrode indicate the change in the reaction path of oxygen reduction after the chemical and electrochemical treatment of the catalyst and confirm the formation of a core-shell structure.     

碳载PtNi合金催化剂的制备、表征及氧还原催化性能研究

以乙酰丙酮铂(Pt(acac)₂)、乙酰丙酮镍(Ni(acac)₂)为前驱体,三正辛基氧膦(TOPO)为表面修饰剂,油胺(OAm)为还原剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为助剂,超导碳科琴黑ECP为载体,采用液相合成法制备了碳载PtNi合金纳米催化剂(Pt_2.7Ni/C)。通过TEM对其形貌进行表征,ICP-AES进行定性和定量分析,XRD对其结构进行表征,并进行电化学阴极氧还原催化性能研究。研究表明：所制备的Pt_2.7Ni/C纳米催化剂粒径分布在3～11 nm之间,平均粒径为6.25 nm;在酸性条件下,当电位在0.9 V(vs.RHE)时,Pt_2.7Ni/C纳米催化剂的质量比活性为796.08 mA·mg_Pt^-1,为商业Pt/C(JM)催化剂的约4.0倍,面积比活性为3.60 mA·cm^-2,为商业Pt/C(JM)催化剂的约11.3倍。同时在经过5000和10 000次的加速耐久性实验后,Pt_2.7...     

还原剂浓度对原位沉积铂纳米线催化层结构和性能的影响

采用湿化学法研究还原剂甲酸浓度对铂纳米线(Pt-NWs)长度和分布的影响以及Pt-NWs对单电池的电化学性能和耐久性的影响。结果表明:随着还原剂浓度的增加(0.075~0.590 mol/L),Pt-NWs的长度先增加后减小,在碳基体层厚度方向上Pt分布从均匀到逐渐聚集在表层,呈现明显梯度特征。当还原剂浓度为0.372 mol/L时,可获得在整个碳基体层厚度方向上分布的Pt-NWs团簇,与商用的催化剂(JMPt/C)相比,在0.6V时,电流密度提高11.3%,最大功率密度提高12.5%,这主要归于Pt-NWs的一维结构、在催化层中的梯度分布以及高Pt利用率。通过加速耐久性测试,Pt-NWs/C的最大功率密度和电化学活性表面积比JM Pt/C的衰减缓慢,说明Pt-NWs/C具有更好的稳定性。     

Fabrication, annealing, and electrocatalytic properties of platinum nanoparticles supported on self-organized TiO2 nanotubes

The platinum nanoparticles supported on self-organized TiO2 nanotubes （Pt-TiO2/Ti） were prepared using electrochemical anodic oxidation followed by cathodic reduction. The structure and chemical nature of the Pt-TiO2/Ti electrocatalyst were investigated by X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM）. Both XRD and SEM results indicate the presence of platinum on nanotubular TiO2. The stability of the Pt deposits was also investigated in 0.5 mol/L H2SO4 solution by cyclic voltammetry. The electrocatalytic activity of the Pt-TiO2/Ti catalyst exhibits enhancement effect during electro-oxidation of methanol when annealed to anatase. Successive cyclic voltam- mograms of methanol oxidation on the Pt-TiO2/Ti electrocatalyst shows unique electrocatalytic characteristics when compared to methanol oxidation on the bulk Pt catalyst. This is because of further quick oxidation of adsorbed CO by Pt （111） facets of Pt particles on self-organized TiO2 nanotubes when the formation of an electroactive film onto the working catalyst surface occurs.     

Comparing factors that affect kinetics of oxygen electroreduction on platinum- and palladium-containing catalysts

The effect of blocking species, namely, oxygen-containing species adsorbed from water and blank electrolyte anions, on the kinetics of oxygen electroreduction on 40% Pt ETEK (denoted as 40Pt/C) and 20% Pd ETEK (20Pd/C) commercial catalysts, as well as on 20% Pd ETEK 6% Co (denoted as 20Pd6Co/C) and 20% Pd ETEK 5% Pt 2.9% Co (20Pd5Pt2.9Co/C) catalysts synthesized at the laboratory, is studied in sulfuric and perchloric acid solutions. It is shown that on a monopalladium catalyst, the first inhibiting factor prevails, whereas, on a monoplatinum catalyst, a substantial role in decelerating the reaction is played by the adsorption of HS anions. In the case of a trimetal catalyst, the adsorption curve of oxygen-containing species is noticeably shifted toward the curve typical of platinum. When perchloric acid is replaced with sulfuric acid, the potential of the kink point of the Tafel dependence of the oxygen electroreduction (on going from the low to high polarization) is shifted toward the less positive potentials. This shift of the kink potential is most clearly pronounced in the case of a monoplatinum catalyst.     

喷雾干燥法制备铂镍合金三维纳米骨架材料及增强甲醇氧化性能研究

本文以氯铂酸氨和氯化镍为原料,氯化铵作为造孔剂,通过雾化干燥法结合煅烧还原制备铂镍合金三维纳米骨架材料,该新型材料可增强催化甲醇氧化性能。重点研究了前驱体中加入氯化铵和不加入对铂镍合金三维纳米骨架形成的影响规律,研究不同结构的铂镍合金三维纳米骨架材料对催化氧化甲醇活性和稳定性的影响规律。研究结果表明,通过加入适量的氯化铵作为造孔剂,制备的铂镍合金为单项固溶体结构(面心立方结构),由弯曲纳米线交织组成三维纳米骨架材料,纳米线直径小于10 nm,纳米孔10 nm左右;与商用Pt黑和不加入氯化铵制备的铂镍合金纳米材料相比,PtNi合金三维纳米骨架材料具有更高的甲醇催化氧化活性(611.4 mA.mg_^-1Pt),分别是商用Pt黑的3.58倍(170.8 mA.mg_^-1Pt)和PtNi合金纳米材料(不加氯化铵)的1.36倍(448.8 mA.mg_^-1Pt);在催化甲醇氧化性能稳定性上,PtNi合金三维纳米骨架材料表现出最好的稳定性,稳定性顺序为：PtNi合金三维纳米骨架材料 > PtNi合金纳米材料(不加氯化铵)> 商用Pt黑。此外,本文对该方法进行了扩展,成功的制备了铂镍钴铜钌铱钯(PtNiCoCuRuIrPd)高熵合金三维纳米骨架材料。     

简单一步法合成Co9S8氧还原反应电催化剂

采用低温回流技术,以Co₄(CO)₁₂和S粉为原料,在1, 6-己二醇溶剂中一步合成了钴硫化物催化剂。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对合成的化合物进行了表征。XRD分析表明合成样品为立方结构的Co₉S₈化合物,其SEM图片显示了花椰菜状的表面形貌。Co₉S₈化合物表现出良好的氧还原催化活性,开路电位为0.75 V(vs. NHE)。在电荷转移控制电位区,电极反应传递系数和塔菲尔斜率分别为0.50和119 mV。同时,将催化剂的催化活性和电化学稳定性与商业铂催化剂进行了比较。     

一步微波有机溶胶法制备燃料电池Pt/C电催化剂

采用一步微波有机溶胶法制备了系列20%Pt/C燃料电池催化剂。考察了不同硝酸浓度氧化处理碳粉的表面、微波反应时间以及还原剂乙二醇(EG)的用量等因素对催化剂电催化活性的影响。实验发现:无论是阳极还是阴极反应,处理碳粉时硝酸浓度为40%、微波反应时间70 s时制备的催化剂活性最好;然而,阳极甲醇氧化时制备催化剂EG用量较少、活性高,阴极氧还原时EG用量较多反而有利。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、循环伏安法(CV)等方法对催化剂进行测试。结果表明,不同考察因素对于活性组分的结构、晶型及粒径没有太大影响,但对电化学活性比表面积和电催化活性有显著影响。