Fe对Pt-Fe/C催化剂电催化氧还原反应活性的影响

制备了用作直接甲醇燃料电池的碳载Pt-Fe(Pt-Fe/C)阴极催化剂, X射线能量色散谱(EDX)、X射线衍射谱和电化学测量的结果表明, 在Pt-Fe/C催化剂中, Fe以3种形式存在. 质量分数大约为20％的Fe进入Pt的晶格, 形成Pt-Fe合金, 质量分数大约为80％的Fe没有进入Pt的晶格而以Fe和Fe2O3的形式单独存在. 该催化剂经酸处理后, 非合金化Fe和Fe2O3被溶解, 而使Pt-Fe/C催化剂的电化学活性比表面积要比未经酸处理前的增加约30％左右, 导致Pt-Fe/C催化剂对氧还原的电催化活性优于未经酸处理前的Pt-Fe/C催化剂. 研究结果表明, Pt-Fe/C催化剂的电化学活性比表面积对氧还原的电催化活性起重要的作用, 另外, 只有与Pt形成合金的Fe能提高Pt对氧还原的电催化活性, 而非合金化的Fe对Pt催化剂对氧还原的电催化活性基本没有影响.     

炭黑负载Pt-Sn双金属催化剂对乙醇的电催化氧化性能

采用一步还原法(乙二醇为还原剂)与两步还原法(在聚乙烯吡咯烷酮PVP保护下,先用硼氢化钠还原制备Sn溶胶,沉积Pt后用乙二醇还原)制备了炭黑负载Pt-Sn双金属催化剂,利用循环伏安法和计时电流法考察了催化剂制备方法、Pt/Sn原子比、溶液p H值、PVP/Sn质量比、反应介质等对乙醇室温电催化氧化活性和稳定性的影响.以X光衍射、透射电镜及电化学活性面积测定对所得催化剂进行了表征.发现引入Sn明显提高了Pt催化剂对乙醇的电催化活性与稳定性,两步还原法得到的Pt3Sn/C催化剂具有更小的颗粒尺寸,更大的电化学活性面积及更高的乙醇氧化活性与稳定性.与酸性介质相比,该催化剂在碱性介质中的电化学活性更好.     

氧化铁对铂在碱性介质中催化氧化甲醇的促进作用

Pt催化剂是电催化领域用途最为广泛的贵金属催化剂.Pt资源稀缺,价格昂贵,同时它的物理化学特性又决定了其在多种催化反应中难以被替代.在质子交换膜燃料电池的小分子醇类电氧化过程中,难免存在Pt的毒化现象,其催化性能有待进一步提升.因此,围绕着Pt催化剂纳米结构的设计、抗毒性及反应机理的探索一直是电催化研究面临的重要课题.目前,已被广泛认可的提高Pt催化性能的方法之一是引入第二种金属,通过金属间协同效应(双功能机理)、张力效应或电子效应等对Pt的催化行为进行改性.对于由双/多金属组成的纳米结构催化剂,无论是协同效应还是电子效应,催化活性的提高都需要金属间有丰富的接触界面和恰当的邻近状态.通过调变两组元的种类、原子比和接触状态等可以实现对金属-金属界面的调控,进而调变催化剂性能.除金属助剂外,金属氧化物对Pt催化剂的助催化作用也引起广泛关注.由于金属氧化物与Pt之间的密切接触作用,氧化物的形貌特点对Pt的催化性能可产生重要影响.到目前为止,有关催化剂形貌效应的研究主要集中于贵金属纳米颗粒上(Pt,Au,Pd等),但关于金属氧化物载体/助剂的形貌对贵金属催化性能影响的研究尚不多.具有明确形貌的金属氧化物载体/助剂,暴露的晶面不同,表面原子的配位状态也不同,从而造成与之密切接触的Pt的性质发生改变.因此,金属氧化物的表面性质以及Pt-金属氧化物的界面性质将对电催化性能产生重要影响,深入阐释贵金属-金属氧化物的表/界面性质以及建立有效的构效关系,对设计和制备高效电催化剂具有一定的指导意义.为了提高Pt基催化剂活性、抗CO中毒能力以及稳定性,本文采用共沉淀法和水热法分别制备了纳米棒和六边形纳米片状的Fe2O3作为Pt催化剂的助剂,考察了助剂形貌对Pt催化剂在碱性介质中催化氧化甲醇的促进作用.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及电化学技术对催化剂进行了表征.结果显示,Fe2O3的存在能显著提高Pt催化剂在碱性介质中对甲醇氧化的电催化性能,而且以Fe2O3纳米棒为助剂制备的Pt-Fe2O3/C-R催化剂催化活性以及稳定性比Fe2O3纳米片为助剂制备的Pt-Fe2O3/C-P催化剂更高.这种促进效应可能与助剂Fe2O3的形态有关.Pt-Fe2O3/C-R催化剂中Pt的质量比活性为5.32 A/mgPt,本征活性为162.7 A/m2Pt,分别是Pt-Fe2O3/C-P催化剂的1.67和2.04倍,是商业PtRu/C样品的4.19和6.16倍.协同效应和电子效应是Pt催化性能提升的主要原因.此外,Pt-Fe2O3/C-R样品中高价态Pt的含量较高,可能也是加速甲醇氧化反应动力学的原因之一.高价态的Pt可能会增强甲醇分子在Pt表面的吸附强度,促进Pt上甲醇氧化反应初始步.这些发现不仅可对甲醇电催化氧化机理有了更深的理解,而且对设计和制备高性能甲醇氧化电催化剂也具有一定的指导意义.     

壳聚糖修饰炭黑负载Pt-Au催化剂对甲醇氧化的电催化性能

以炭黑及自制的壳聚糖-炭黑(CHI-C)复合材料为载体,采用溶胶负载法制备了Pt_m＾Au/C及Pt_m＾Au/CHI-C催化剂(＾ 代表Au、Pt为分步负载,m代表Pt/Au原子比),通过紫外-可见吸收光谱、X射线衍射、透射电镜及X射线光电子能谱对催化剂进行了表征。利用循环伏安法和计时电流法分别测定了Pt-Au催化剂对甲醇电催化氧化反应的活性和稳定性,考查了Pt/Au原子比及CHI改性对电催化活性和稳定性的影响。结果表明,Pt_1.0＾Au/C具有最高的催化活性,炭黑中加入少量CHI能提高Pt_1.0＾Au/C催化剂的稳定性。     

多孔聚乙酰苯胺纳米纤维载铂催化剂对甲醇的电催化氧化

采用简单的化学氧化聚合法制备了新型多孔结构的聚乙酰苯胺纳米纤维(np-PAANI), 并以此为载体在络合剂的存在下合成了Pt纳米微粒修饰的np-PAANI复合物膜电极C/np-PAANI/Pt. 样品的形貌和结构通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)进行了表征. 在0.5 mol·L-1 CH3OH+0.5 mol·L-1 H2SO4混合溶液中考察了C/np-PAANI/Pt催化剂对甲醇的电催化氧化性能. 结果表明, 以np-PAANI负载的Pt催化剂对甲醇的电催化氧化活性和稳定性都比普通PAANI结构及石墨粉负载的Pt催化剂好很多.     

碱性介质中W,Ni和Sn掺杂的Pt-Ru/C电催化氧化甲醇的性能

直接以Pt, Ru, W, Ni和Sn的金属盐为前驱体, 通过溶胶法制备了不同原子比的Pt-Ru-M/C(M=W, Ni, Sn)碳载纳米合金催化剂, 用X射线衍射(XRD)和X光电子能谱(XPS)表征催化剂的晶相结构、表面组成及价态形式, 采用循环伏安法测试催化剂电催化氧化甲醇活性. 结果表明, 掺杂Ni和W可明显提高Pt-Ru/C催化活性, 掺杂Sn则降低了Pt-Ru/C催化活性. 其中Pt5-Ru4-Ni0.7/C的活性最高, 在1.0 mol/L NaOH＋1.0 mol/L CH3OH溶液中峰电流达835.2 mA/mg, 甲醇起始氧化电位比Pt5-Ru5/C低约0.11 V.     

核壳结构碳化钨复合微球催化剂对甲醇电催化性能

以偏钨酸铵微球为前驱体,在不同反应时间和CO/CO₂气氛条件下,通过原位还原碳化反应制备了具有核壳结构碳化钨复合微球。采用X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和扫描电镜（SEM）等对催化剂的形貌和结构进行了表征分析。硼氢化钠还原法将平均粒径为4.6 nm的Pt纳米粒子均匀分布在其表面,得到核壳结构碳化钨复合催化剂。采用循环伏安和计时电流法研究了在酸性溶液中催化剂对甲醇的电催化氧化性能。结果表明,与Pt/WC-15 h和JM Pt/C催化剂的电化学性能相比,Pt/WC-6 h催化剂对甲醇呈现出更高的电催化氧化活性和稳定性。碳化钨复合微球表面少量WO₂成分的存在有利于甲醇在其表面的电催化氧化过程的发生。     

层状金属氢氧化物中铁位点辅助分散铂纳米颗粒用于高效甲醇氧化（英文）

高活性和耐用性的甲醇氧化电催化剂对于直接甲醇燃料电池的商业可行性至关重要,然而,目前的甲醇氧化电催化剂与预期相去甚远,存在贵金属用量过多、活性平庸、衰减快等问题。在这里,我们报告了锚定在镍铁层状金属氢氧化物(NiFe-LDHs)表面Pt纳米颗粒复合材料,用于在碱性介质中稳定电催化甲醇氧化。基于Pt纳米颗粒的高固有甲醇氧化活性,与商业Pt/C催化剂相比,基底材料NiFe-LDHs在200,000 s循环测试后进一步增强了Pt的抗中毒能力和稳定性。NiFe-LDHs层板上单原子分散的Fe作为锚定位点将Pt纳米颗粒均匀分散在其表面,进一步充分利用了层状金属氢氧化物表面丰富的OH基团,促进邻近Pt位点上毒化中间体的氧化去除。这项工作突出了NiFeLDH在提高甲醇氧化反应整体效率方面的特殊性,为其他甲醇氧化电催化的设计和应用提供了指导。     

一步法制备还原态氧化石墨烯载铂纳米粒子及其对甲醇氧化的电催化性能

以天然石墨为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨.然后采用简单的一步化学还原法在乙二醇(EG)中同时还原氧化石墨烯(GO)和H₂PtCl₆制备高分散的铂/还原态氧化石墨烯(Pt/RGO)催化剂.采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对催化剂的微结构、组成和形貌进行表征.结果表明, GO已被还原成RGO, Pt纳米粒子均匀分散在RGO表面,粒径约为2.3 nm.采用循环伏安法和计时电流法评价催化剂对甲醇氧化的电催化性能,测试结果表明, Pt/RGO催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性与Pt/C和Pt/CNT相比有了很大提高.另外其对甲醇电催化氧化的循环伏安图中正扫峰电流密度(I_f)和反扫峰电流密度(I_b)的比值高达1.3,分别是Pt/C和Pt/CNT催化剂的2.2和1.9倍,表明Pt/RGO催化剂具有高的抗甲醇氧化中间体CO_ad的中毒能力.     

核壳结构碳化钨复合微球催化剂对甲醇电催化性能（英文）

以偏钨酸铵微球为前驱体,在不同反应时间和CO/CO_2气氛条件下,通过原位还原碳化反应制备了具有核壳结构碳化钨复合微球。采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等对催化剂的形貌和结构进行了表征分析。硼氢化钠还原法将平均粒径为4.6 nm的Pt纳米粒子均匀分布在其表面,得到核壳结构碳化钨复合催化剂。采用循环伏安和计时电流法研究了在酸性溶液中催化剂对甲醇的电催化氧化性能。结果表明,与Pt/WC-15 h和JM Pt/C催化剂的电化学性能相比,Pt/WC-6 h催化剂对甲醇呈现出更高的电催化氧化活性和稳定性。碳化钨复合微球表面少量WO2成分的存在有利于甲醇在其表面的电催化氧化过程的发生。     

Electrocatalytic activity of porous nanostructured Fe/Pt-Fe electrode for methanol electrooxidation in alkaline media

An electrochemical approach to fabricate a nanostructured Fe/Pt-Fe catalyst through electrodepo-sition followed by galvanic replacement is presented. An Fe/Pt-Fe nanostructured electrode was prepared by deposition of Fe-Zn onto a Fe electrode surface, followed by replacement of the Zn by Pt at open-circuit potential in a Pt-containing alkaline solution. Scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray techniques reveal that the Fe/Pt-Fe electrode is porous and contains Pt. The electrocatalytic activity of the Fe/Pt-Fe electrode for oxidation of methanol was examined by cyclic voltammetry and chronoamperometry. The electrooxidation current on the Fe/Pt-Fe catalyst is much higher than that on flat Pt and smooth Fe catalysts. The onset potential and peak potential on the Fe/Pt-Fe catalyst are more negative than those on flat Pt and smooth Fe electrodes for methanol electrooxidation. All results show that this nanostructured Fe/Pt-Fe electrode is very attractive for integrated fuel cell applications in alkaline media.     

多孔纳米结构Fe/Pt-Fe电极对碱性介质中甲醇电氧化的催化活性（英文）

An electrochemical approach to fabricate a nanostructured Fe/Pt-Fe catalyst through electrodeposition followed by galvanic replacement is presented. An Fe/Pt-Fe nanostructured electrode was prepared by deposition of Fe-Zn onto a Fe electrode surface, followed by replacement of the Zn by Pt at open-circuit potential in a Pt-containing alkaline solution. Scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray techniques reveal that the Fe/Pt-Fe electrode is porous and contains Pt. The electrocatalytic activity of the Fe/Pt-Fe electrode for oxidation of methanol was examined by cyclic voltammetry and chronoamperometry. The electrooxidation current on the Fe/Pt-Fe catalyst is much higher than that on flat Pt and smooth Fe catalysts. The onset potential and peak potential on the Fe/Pt-Fe catalyst are more negative than those on flat Pt and smooth Fe electrodes for methanol electrooxidation. All results show that this nanostructured Fe/Pt-Fe electrode is very attractive for integrated fuel cell applications in alkaline media.     

高效组合型Pt-Fe/C 催化剂用于肉桂醛选择性加氢反应

采用有机金属化合物Pt2(dba)3(dba为二亚苄基丙酮)还原分解法制得均匀分布的Pt纳米颗粒(粒径在2.0nm左右),直接吸附到经预处理的Fe/C载体上,即得到了组合型Pt-Fe/C催化剂.采用透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和能量散射X射线谱(EDS)等技术表征了催化剂表面Pt颗粒大小分布,Pt、Fe化学态和催化剂表面元素等.将该组合型催化剂用于肉桂醛(CAL)选择性加氢反应,获得了良好的效果,其催化活性比浸渍法制备的Pt/C催化剂高1倍以上.在60°C、2.5h、4.0MPaH2反应条件下,1%(w,质量分数)Pt-1.5%(w)Fe/C催化剂肉桂醛加氢转化率为99.2%,肉桂醇(COL)选择性达到85.0%.     

活性炭负载Pt-Fe双金属催化剂催化对氯硝基苯选择性加氢

采用浸渍还原法制备了活性炭负载Pt-Fe双金属催化剂(Pt-Fe/AC),考察了其催化对氯硝基苯加氢性能。 与Pt/AC催化剂比较,该催化剂对催化对氯硝基苯加氢表现出高活性和优异的抑制脱氯性能,在乙醇为溶剂、催化剂Pt_0.003-Fe_0.04/AC(下标为元素在催化剂中的质量分数)用量为0.02 g/g对氯硝基苯、1 MPa H₂和30 ℃条件下反应150 min,对氯硝基苯完全转化为对氯苯胺,而且即使在较高的反应温度和H₂压力下,脱氯反应也得到了完全抑制。 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等技术手段对Pt-Fe/AC催化剂进行了表征。 结果表明,Pt、Fe高度分散在活性炭上,Pt与Fe之间的相互作用对纳米Pt粒子的电子结构有一定的调变作用,使纳米Pt处于缺电子态,减弱了Pt与对氯苯胺苯环之间的电子反馈,这可能是Pt-Fe/AC对催化对氯硝基苯加氢表现出高活性和优异的抑制脱氯性能的主要因素。     

Synthesis of Pt and Pt-Fe nanoparticles supported on MWCNTs used as electrocatalysts in the methanol oxidation reaction

This work reports a feasible synthesis of highly-dispersed Pt and Pt-Fe nanoparticles supported on multiwall carbon nanotubes （MWCNTs） without Fe and multiwall carbon nanotubes with iron （MWCNTs-Fe） which applied as electrocatalysts for methanol electrooxidation. A Pt coordination complex salt was synthesized in an aqueous solution and it was used as precursor to prepare Pt/MWCNTs, Pt/MWCNTs-Fe, and Pt-Fe/MWCNTs using FeC12.4H20 as iron source which were named S 1, S2 and S3, respectively. The coordination complex of platinum （TOA）2PtC16 was obtained by the chemical reaction between （NH4）2PtC16 with tetraoctylammonium bromide （TOAB） and it was characterized by FT-IR and TGA. The materials were characterized by Raman spectroscopy, SEM, EDS, XRD, TEM and TGA. The electrocatalytic activity of Pt-based supported on MWCNTs in the methanol oxidation was investigated by cyclic voltammetry （CV） and chronoamperometry （CA）. Pt-Fe/MWCNTs electrocatalysts showed the highest electrocatalytic activity and stability among the tested electrocatalysts due to that the addition of ＂Fe＂ promotes the OH species adsorption on the electrocatalyst surface at low potentials, thus, enhancing the activity toward the methanol oxidation reaction （MOR）.     

Preparation of Ru-doped SnO2-supported Pt catalysts and their electrocatalytic properties for methanol oxidation

Ru-doped SnO2 nanoparticles were prepared by chemical precipitation and calcinations at 823 K. Due to high stability in diluted acidic solution, Ru-doped SnO2 nanoparticles were selected as the catalyst support and second catalyst for methanol electrooxidation. The micrograph, elemental composition, and structure of the Ru-doped SnO2 nanoparticles were characterized by scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffraction, respectively. The electrocatalytic properties of the Ru-doped SnO2-supported Pt catalyst (Pt/Ru-doped SnO2) for methanol oxidation have been investigated by cyclic voltammetry. Under the same loading mass of Pt, the Pt/Ru-doped SnO2 catalyst shows better electrocatalytic performance than the Pt/SnO2 catalyst and the best atomic ratio of Ru to Sn in Ru-doped SnO2 is 1/75. Additionally, the Pt/Ru-doped SnO2 catalyst possesses good long-term cycle stability.