Pt:Ni原子比对Pt-Ni八面体氧还原活性的影响

Pt-Ni八面体纳米颗粒被认为是具有开发前景的氧还原反应(ORR)催化剂。在之前的报道中Pt-Ni八面体氧还原活性随Pt:Ni原子比的变化往往被表述为火山曲线,并缺乏相关的构效关系研究。本实验通过对不同Pt:Ni原子比的Pt-Ni八面体纳米粒子ORR性能表征,发现了不同于先前报道的ORR面积比活性与Pt:Ni原子比的关系:Pt3Ni>PtNi2>PtNi。同时,在相同的Pt负载量下,ORR质量比活性的大小顺序为Pt3Ni≈PtNi2>PtNi。此反常的相互关系可以利用晶格收缩程度和Pt利用率进行解释:表面晶格收缩程度Pt3Ni>PtNi2>PtNi,这与ORR面积比活性的顺序一致,而质量比活性同时受面积比活性与表面铂利用率的影响。以上结果证实ORR活性可以通过表面张力和铂利用率进行调变。     

Pt:Ni原子比对Pt-Ni八面体氧还原活性的影响（英文）

Pt-Ni八面体纳米颗粒被认为是具有开发前景的氧还原反应(ORR)催化剂。在之前的报道中Pt-Ni八面体氧还原活性随Pt:Ni原子比的变化往往被表述为火山曲线,并缺乏相关的构效关系研究。本实验通过对不同Pt:Ni原子比的Pt-Ni八面体纳米粒子ORR性能表征,发现了不同于先前报道的ORR面积比活性与Pt:Ni原子比的关系:Pt_3NiPtNi_2PtNi。同时,在相同的Pt负载量下,ORR质量比活性的大小顺序为Pt_3Ni≈PtNi_2PtNi。此反常的相互关系可以利用晶格收缩程度和Pt利用率进行解释:表面晶格收缩程度Pt_3NiPtNi_2PtNi,这与ORR面积比活性的顺序一致,而质量比活性同时受面积比活性与表面铂利用率的影响。以上结果证实ORR活性可以通过表面张力和铂利用率进行调变。     

用于氧还原反应的铂基催化剂研究进展

铂基催化剂是传统高效的质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极氧还原反应(ORR)催化剂,提高燃料电池性能的同时降低成本是研究重点。基于50余篇文献的分析,总结了铂基ORR催化剂基于性能的调控策略,包括调控粒径、组分和形貌,综述了铂基纳米粒子、单原子(SAC)、合金、高熵合金(HEA)、纳米线和纳米片催化剂的研究进展,探讨了铂基ORR催化剂研究存在的挑战,并对其未来发展进行了展望。     

脉冲电沉积法制备双贵金属催化剂及其电化学性能研究

目的 制备对偏二甲肼具有良好电催化活性响应的复合催化剂。方法 运用脉冲电沉积法在玻碳电极上制备了AuPd、AuPt、PdPt催化剂,研究了占空比、上下限电位、脉冲频率、沉积时间等条件的影响,采用扫描电镜、X射线衍射仪表征了其表面形貌和晶体结构,采用电化学循环伏安法研究了催化剂氧还原反应(ORR)活性和对偏二甲肼(UDMH)电催化氧化活性。结果 3种催化剂的双金属均已合金化,AuPd催化剂为纳米晶枝状结构,AuPt催化剂为纳米球状结构。当占空比为1∶10,上下限电位分别为0.7、0.3 V,沉积频率为10 Hz,沉积时间为20 min时,AuPd催化剂的ORR活性达到最佳;当占空比为1∶30,上下限电位分别为1.1、‒0.1 V,沉积频率为0.05 Hz时,PdPt催化剂的ORR活性达到最佳;当占空比为1∶10,上下限电位分别为1.3、‒0.2 V,沉积频率为0.5 Hz,沉积时间为10 min时,AuPt催化剂的ORR活性达到最佳。AuPd、AuPt催化剂对UDMH具有明显的电催化响应,AuPd的氧化峰积分高达0.23 mAV/cm²,AuPt高达0.25 mAV/cm²。结论 脉冲电沉积法制备的Au基AuPd、AuPt复合催化剂相较于PdPt催化剂和商业Pt/C催化剂对UDMH有更高的电催化活性。     

稀土在直接甲醇燃料电池铂基催化剂中的应用及研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其高效、低污染的特点而备受关注。铂基电催化剂被认为是DMFC阳极的有效催化剂。但由于在甲醇氧化过程中铂的活性中心容易被产生的中间产物如CO等吸附和堵塞,导致催化活性降低,稳定性差,严重制约了直接甲醇燃料电池推广应用。稀土元素由于其4f轨道独特的电子结构和相应的镧系收缩效应,在铂基电催化剂中可有效提高铂催化剂的活性和耐久性。本文简要总结近年来稀土氧化物作为铂基电催化剂的助催化剂、碳材料掺杂改性剂和载体在甲醇氧化反应中的催化活性和抗CO中毒能力应用研究,以及铂-稀土金属(Pt-RE)纳米合金催化剂对DMFC长期运行稳定性的影响;并对稀土元素在铂基电催化剂中的应用发展提出了展望。     

铂-二氧化钛纳米复合物的超重力技术组装制备及催化加氢性能

利用超重力技术将具有相同表面电荷的两种材料铂纳米粒子与二氧化钛纳米粒子组装成了铂-二氧化钛复合物。元素分析结果表明,与自然吸附法相比,超重力法所得金属铂的负载量由0.13%上升为0.83%。超重力技术所制得的纳米复合物比常规法制备所得催化剂对硝基苯加氢具有更高的催化加氢活性,其活性由0.48s~(-1)升高至0.79s~(-1)。该结果表明,超重力条件下得到的纳米复合物中铂与二氧化钛有更强的金属-载体相互作用;同时,超重力技术所得纳米复合物具有更高的催化性能稳定性,其周转数达到40000r时,硝基苯转化率仍可达96%以上,高于常规法所得催化剂上硝基苯的转化率(92%)。     

具有富铂外壳和铜内核的燃料电池催化剂颗粒

美国休斯敦大学正在开发一种新型催化剂,可借以提高燃料电池的容量。这种催化剂是一些纳米颗粒,其外壳主要由铂构成,而内核则是由铜、钻和铂组成的合金。这种催化剂在氧还原过程中显示了极高的活性。这种活性催化剂相是在电极上原位形成的,当向电极施加周期性交变电流时,合金中的铜等金属从颗粒表面分离出来。结果纳米颗粒的内核由原有的富铜合金构成,     

胶体法制备高活性Pt-Ni双金属纳米粒子及其甲醇催化性能研究

采用胶体法分别以乙酰丙酮铂(Pt(acac)_2)和乙酸镍(Ni(ac)_2·4H_2O)为前驱体制备了(1:3,1:1,3:1)不同摩尔比的Pt-Ni合金纳米粒子,将其负载在XC-72碳黑载体获得Pt-Ni/C双金属催化剂,其中Pt_3Ni/C催化剂催化活性最高,其正向扫描峰电流密度是42.5 m A·cm~(-2),分别是Pt Ni/C、Pt Ni3/C和Pt/C催化剂的3.2、5.3和1.2倍;而催化剂抗中毒能力则是Pt Ni_3/C最强(I f/I b值为23.5)。TEM和XRD分析表明Pt-Ni双金属纳米粒子单分散性好,粒径分布为2~4nm;同时XPS结果表明Ni的掺杂改变了Pt的外层电子层结构,减少了表面Pt原子对CO的吸附,释放出更多的Pt活性位,从而提高了Pt-Ni/C双金属催化剂的电催化活性和抗中毒能力。     

国际交流

中美科学家首次制备出二十四面体铂纳米晶体厦门大学化学化工学院孙世刚和美国佐治亚理工学院王中林等科学家采用新的电化学方法,首次制备出具有高表面能的二十四面体铂纳米晶粒催化剂,显著提高了铂纳米催化剂的活性和稳定性,在能源、催化、材料、化工等领域具有重大意义和应用价值。今年5月4日出版的美国《科学》杂志长篇报道了这项最新成果。     

燃料电池用的一种新型催化剂

美国得克萨斯州的休斯敦大学新近开发成功了一类燃料电池用的新型电催化剂,该类催化剂有助于增进燃料电池的容量。该催化剂的活性相是由富铂壳层与铜、钴、铂合金芯子构成的纳米颗粒所组成。这种催化剂对于氧的还原也显示出最高的活性。其活性催化剂相是就地生成的：当向该电极通人循环交流电时,在纳米颗粒表面上便会有次贵金属（特别是Cu）由合金中分离出来,这一过程就导致了由原始富铜合金芯与几乎为纯铂的壳层所构成的纳米颗粒的形成。     

炭气凝胶作为燃料电池催化剂载体的研究进展

设计制备低成本、高催化活性、高稳定性的ORR电催化剂对燃料电池的实际应用至关重要,良好的催化剂载体对提高催化剂的电化学催化性能具有重要意义。炭气凝胶具有孔结构可控、高比表面积、高导电性、大孔体积等优势,是一种非常具有潜力的燃料电池ORR电催化剂载体。本文对最近炭气凝胶作为燃料电池催化剂载体的研究进展进行了综述,简单介绍了炭气凝胶的种类及其负载催化剂的方法,着重讨论了炭气凝胶负载Pt等贵金属催化剂、炭气凝胶负载非贵金属催化剂以及非金属掺杂炭气凝胶催化剂的研究进展,最后总结了其面临的挑战和未来的主要发展方向。     

氧化铁/氮掺杂碳纳米管催化剂的制备与氧还原性能研究

目的探索非贵金属作为燃料电池阴极催化剂的氧还原性能。方法采用磁控溅射的方法,在N2/Ar工作气氛中,将Fe溅射到碳纳米管阵列表面,同时将氮掺入样品中,然后在不同温度下退火制备氮掺杂碳纳米管负载氧化铁(Fe_2O_3/N-CNT)的氧还原催化剂。采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对样品的形貌、结构和成分进行分析。通过电化学测试研究样品的氧还原催化性能,并对样品的催化反应动力学进行研究。结果退火温度对样品的形貌和氧还原催化性能具有显著影响,样品的氧还原催化活性随着退火温度的升高先增强后显著下降。其中450℃退火的样品表现出最佳的催化性能,该样品在0.1 mol/L KOH溶液中的起始电位和峰电位分别为0.715 V和0.6 V,电子转移数在3.3~3.6之间。结论 Fe_2O_3/N-CNT具有较好的氧还原催化活性,其中吡啶氮是可能的氧还原催化活性位点。实验中催化剂的制备方法简便且成本低廉,是一种有望替代Pt基贵金属的电催化材料。     

Hydrothermal synthesis of titanium-supported nanoporous palladium–copper electrocatalysts for formic acid oxidation and oxygen reduction reaction

Nanoporous Pd and binary Pd-Cu particles were prepared by a hydrothermal method using ethylene glycol as a reduction agent and they were directly immobilized on Ti substrates named as Ti-supported Pd-based catalysts. Their electrocatalytic activity for formic acid oxidation and oxygen reduction reaction (ORR) in alkaline media was examined by voltammetric techniques. Among the as-prepared catalysts, nanoPd₈₁Cu₁₉/Ti catalyst presents the highest current density of 39.8 mA/cm² at ?0.5 V or 66.4 mA/cm² at ?0.3 V for formic acid oxidation. The onset potential of ORR on the nanoPd₈₁Cu₁₉/Ti catalyst presents an about 70 mV positive shift compared to that on the nanoPd/Ti, and the current density of ORR at ?0.3 V is 2.12 mA/cm², which is 3.7 times larger than that on the nanoPd/Ti.     

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。     

Preparation of Pt-based ternary catalyst as cathode material for proton exchange membrane fuel cell by solution route method

In this research, Pt-based ternary catalysts for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) have been successfully prepared by the solution route method. This type of catalyst was claimed to improve the activities of oxygen reduction reaction (ORR). The ternary catalyst was prepared using 10% platinum, 5% cobalt, and 5% chromium by weight support on untreated and treated carbons by reduction with NaBH₄ at room temperature. The FTIR spectra showed a new functional group as carboxyl group on treated carbon using H₂O₂. The XRD patterns for both carbon samples confirmed platinum and carbon phases in the products. The EDS spectra detected platinum, cobalt, chromium, oxygen and carbon atoms in the prepared catalysts. The XAS patterns revealed that the products were mixed Pt-CoO-Cr₂O₃ catalysts. The SEM and TEM images showed more dispersion of catalyst on the treated carbon support surface than on the untreated carbon support. Particles size were 3.97 nm for untreated carbon and 1.93 nm for treated carbon. Finally, the electrochemical property was tested by CV technique. It indicated that Pt-CoO-Cr₂O₃/C catalyst supported on treated carbon exhibited the highest performance among the prepared ternary alloy catalysts.     

Recent advance in single-atom catalysis

Single-atom catalysts(SACS) have obtained a great deal of attention in many catalytic fields due to the high atom utilization efficiency and high catalytic activity.Recently,great achievements on S ACs have been made for thermocatalysis,electrocatalysis,and photocatalysis which play an important role in obtaining value-added products.However,it remains a great challenge to fabricate S ACs with high metal loading and investigate their reaction mechanisms.Therefore,it is necessary to highlight the recent development of S ACs in these fields to guide future research.In this review,we overviewed the thermocatalysis applications of SACs in CO oxidation,preferential oxidation of CO,water-gas shift reaction,methane conversion,methanol steam reforming,aqueous-phase reforming of methanol,hydrogenation of alkynes and dienes,hydrogenation of CO,and hydrogenation of substituted nitroarenes.Moreover,the oxygen reduction reaction(ORR),hydrogen evolution reaction(HER),oxygen evolution reaction(OER),CO_2 reduction reaction(CO_2 RR),and N_2 reduction reaction(N_2 RR) for photocatalytic and electrocatalytic fields were also overviewed.Lastly,the opportunities and challenges of SACs were pointed out.     

挥发性有机物催化燃烧用贵金属催化剂的研究进展

催化燃烧技术是目前处理挥发性有机物(VOCs)废气最有效技术之一。贵金属催化剂因具有高活性和稳定性,广泛应用于挥发性有机物催化氧化反应中。综述了近年来国内外VOCs用贵金属催化剂研究进展,阐述了Pd、Pt和Au等不同贵金属活性组分的种类、制备方法、颗粒尺寸、协同效应,以及载体性质和载体-活性金属的作用等对催化剂性能的影响,最后,对贵金属催化剂的研究方向进行了展望。     

直接气相还原法制备金属铱及其氧还原活性

采用直接气相还原法制备了金属铱催化剂。通过X射线衍射(XRD)分析了金属铱的物相组成,采用循环伏安(CV)和线性电势扫描(LSV)等电化学手段评价了金属铱的电化学性能。XRD分析结果表明在氨气气氛中,氧化铱经400℃还原3h能完全转化为金属铱单质。CV和LSV结果表明金属铱具有良好的氧还原电催化活性,且其氧还原起始电压可以达到0.51V(vs.SCE)。从原子状态角度考虑,金属铱的d带空穴多于金属铂,最终导致金属铱的氧还原电催化活性低于金属铂,但金属铱具有与金属铂相似的氧还原电催化路径。