氧化铁对铂在碱性介质中催化氧化甲醇的促进作用（英文）

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Fe_2O_3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,Fe_2O_3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Fe_2O_3纳米棒为助剂制备的Pt-Fe_2O_3/C-R催化剂催化活性以及稳定性比Fe_2O_3纳米片为助剂制备的Pt-Fe_2O_3/C-P催化剂更高.这种促进效应可能与助剂Fe_2O_3的形态有关.Pt-Fe_2O_3/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-Fe_2O_3/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-Fe_2O_3/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.     

炭黑负载Pt-Fe双金属催化剂对甲醇的电催化氧化性能

采用浸渍还原法制备了炭黑负载Pt及Pt-Fe双金属催化剂,通过X光衍射、扫描电镜及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研究了溶液pH值和Pt/Fe原子比对Pt-Fe/C催化剂的甲醇电催化氧化活性与稳定性的影响.结果显示,当溶液pH值为9.0,Pt/Fe原子比为1∶1时,所得Pt-Fe/C催化剂对甲醇的电催化氧化活性与稳定性明显优于Pt/C催化剂.Fe的引入不仅提高了Pt粒子的分散与电化学活性表面积,而且有利于富Pt表面的形成,从而提高了Pt的有效利用率与催化性能.     

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.     

酸洗Pt-Fe和Pt-Co催化剂在CO氧化反应中的对比研究

负载型纳米催化剂表面结构与其催化性能之间关系的研究一直受到广泛关注.由于其结构复杂使得人们在研究催化剂构效关系时遇到了很多困难.近年来,大量研究发现反转催化剂在众多反应中表现出优越的催化性能.反转催化剂是将过渡金属氧化物负载于其它金属表面.和传统金属/氧化物催化剂相比,反转催化剂更能突出氧化物在催化反应中的重要作用.众多研究表明,在氧化物-金属界面处存在特殊的作用,这种作用可以改变氧化物的电子特性和化学性质,进而产生较高的催化性能.傅强等人创建了金属氧化物负载于Pt表面的反转催化体系,其表现出了高的低温CO氧化反应性能.在氧化物和Pt之间的界面限域效应可以稳定氧化物中配位不饱和的金属阳离子.这种配位不饱和的氧化物提供了活化O2的活性位.目前,反转催化剂的研究主要集中在单晶模型体系中,在负载型催化剂中的研究还较少.我们以炭黑(CB)为载体,将还原后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过酸洗制备了一种表面富Pt核为合金的结构.考察了酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过不同温度氧化后的结构变化,并讨论了其结构与CO完全氧化反应(COOX)和CO选择氧化反应(CO-PROX)性能的关系.X射线粉末衍射(XRD),电感耦合等离子体发射光谱(ICP),透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,还原后的Pt基催化剂经过酸洗可以选择性去除纳米粒子表面的3d过渡金属,形成表面富Pt体相为合金的结构.将酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂在不同温度下空气中氧化,发现近表层的Fe(Co)会扩散到粒子表面上,形成过度氧化的Fe2O3(Co3O4)表面结构.氧化后的催化剂在COOX和CO-PROX反应中表现出截然不同的催化性能.酸洗后的Pt-Fe(Pt-Co)催化剂经过不同温度氧化后在COOX反应中活性都较差,室温下的CO转化率只有不到30%,CO完全转化的温度超过100oC,相当于纯Pt催化剂的活性.这说明Pt表面过度氧化的Fe2O3(Co3O4)对CO氧化反应的促进作用不明显.而氧化后的催化剂在CO-PROX反应中表现出较高的活性,250oC(或350oC)氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂室温下的CO转化率接近100%,250oC(或350oC)氧化后的酸洗Pt-Co催化剂室温下的CO转化率也达到了70%.结合表征和反应结果,我们认为氧化处理形成的表面过度氧化的金属氧化物(Fe2O3,Co3O4)在COOX的催化性能较差.通入CO-PROX反应气后,气氛中大量H2的存在和Pt表面的氢溢流效应可以使得表面Fe2O3,Co3O4在室温下被还原成配位不饱和的FeO,CoO.这种配位不饱和的氧化物在表面Pt的限域作用和大量H2气氛下比较稳定,并且具有较强的活化解离O2的能力,进而提高了CO-PROX反应的活性.为了进一步证实催化剂表面氧化物与其催化性能的关系,我们在室温下进行了两种反应气的循环实验测试.测试结果表明,对于氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂,COOX反应中的表面Fe2O3和CO-PROX反应中的表面FeO可以通过变换反应气氛实现两种氧化物的相互转变,并表现出完全不同的催化性能.对于氧化后的酸洗Pt-Co催化剂,CO-PROX反应中形成的CoO表面结构在COOX反应中也比较稳定,在两种反应气中表现出相似的催化性能.     

甲醛催化氧化催化剂的研究进展

甲醛是致癌致畸物并具有较强的光化学活性.它既来源于纺织、农药、板材或其他精细化学品的生产过程,又来源于机动车尾气和室内各种装潢材料.为了人体健康和大气环境去除甲醛非常必要.用催化氧化法去除甲醛是一种很有前景的技术,但是该技术的关键是研究和发展催化剂.近年来,用于甲醛氧化的催化剂主要分为贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂.贵金属催化剂是将Pt,Pd,Au,Ag等贵金属负载在不同类型的载体上而制得.载体可分为常见载体、传统金属氧化物载体和特殊形貌金属氧化物载体.常见载体是具有较大比表面积的SiO2,Al2O3,TiO2和分子筛等.这类载体有利于活性位的暴露以及反应物和产物的吸附和扩散,而且还能增强载体和活性组分的协同作用.负载在常见载体上的不同贵金属催化剂,其甲醛氧化活性从强到弱排列是:Pt＞ Pd＞ Rh ＞Au＞ Ag.用这种载体制备的催化剂具有很出色的应用前景.比如Na-Pt/TiO2是甲醛氧化活性最好的催化剂,目前己被应用在空气净化器中,其次是Pt/TiO2和Pd/TiO2.传统金属氧化物载体主要是采用沉淀法、共沉淀法制备的CeO2,Fe2O3,Co3O4,MnO2及其复合氧化物,这类载体负载Pt的催化剂仍然具有出色的室温催化性能,如Pt/MnOx-CeO2和Pt/Fe2O3等.虽然Pt负载型催化剂应用前景很好,但是其成本较高,工业生产和普及受到限制.用传统金属氧化物载体制备的催化剂如Au/CeO2,Ag/MnOx-CeO2和Ag/CeO2等同样具有良好的发展前景.对于提高甲醛氧化活性来说,载体的选择至关重要.未来研究趋势可能是甲醛氧化负载型催化剂更多的会选择Ag或Au作为活性组分,而一些有潜力的传统金属氧化物载体将被使用不同的制备方法进一步改良.目前,拥有棒状、球状、孔状等特殊形貌的金属氧化物载体因为它们本身的催化活性要优于用沉淀法制备的传统金属氧化物催化剂,因此,将Ag或Au负载在这类载体上制备的催化剂具有更好的应用前景,如三维(3D)有序大孔Au/CeO2-Co3O4,二维有序介孔Au/Co3O4-CeO2和Au/Co3O4以及三维有序介孔K-Ag/Co3O4等.过渡金属氧化物催化剂,因成本低,资源丰富而受到关注.单一过渡金属氧化物催化剂如锰钾矿型的MnO2纳米棒或纳米球,介孔MnO2,Co3O4和Cr2O3等,具有较好的甲醛氧化催化活性(T50和T100分别小于等于1 10和140℃).另外,Ce,Sn,Cu和Zr等元素常常被掺杂到MnOx和Co3O4中,制备成复合金属氧化物催化剂,MnOx-CeO2具有较好的甲醛催化活性(T50＜100℃),因为MnOx和CeO2较强的相互作用改变了表面活性氧和活性相的数量.目前,复合金属氧化物催化剂氧化甲醛的报道很少.随着制备方法的改变,单一过渡金属氧化物或他们的复合氧化物催化剂可能会成为贵金属催化剂的替代品.目前,如何获得高效、低成本、低温甚至常温去除甲醛的催化剂仍然是一项重要的挑战.特殊形貌的金属氧化物催化剂如3D-Cr2O3,3D-Co3O4,MnO2纳米球和纳米棒,在常温下完全转化甲醛仍然是个难以越过的鸿沟.将来,多种形貌的新型纳米金属氧化物及其Au或Ag负载型催化剂的制备和发展会成为一个研究趋势.这种催化剂既能被用于甲醛的催化氧化,也能被用于苯系物或其他VOCs的催化氧化.它能为机动车尾气和工业生产中VOCs产生量的削减提供技术支撑,而VOCs的去除有益于PM2.5浓度的降低和空气质量的恢复.     

Pt/Co3O4/3DOM Al2O3：甲苯燃烧的高效催化剂

与硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳以及悬浮颗粒一样,大部分挥发性有机物(VOCs)污染大气环境.控制 VOCs排放有多种方法,其中催化氧化法是一种有效技术,关键在于获得高效催化剂.
　　近年来,负载过渡金属和贵金属催化剂因具有比单纯负载贵金属和单纯负载过渡金属氧化物更好的催化性能而备受关注.在负载贵金属催化剂中,高比表面积载体负载 Pt, Pd或 Rh催化剂得到广泛而深入的研究,尽管这些催化剂成本较高,但是其对 VOCs氧化反应显示了很高的低温催化活性.众所周知,催化活性取决于贵金属和 VOCs的种类,不同负载贵金属催化剂对特定反应会表现出不同的催化活性.负载 Pt催化剂对长链碳氢化合物和芳香族化合物氧化反应表现出更高的活性.相对于负载贵金属催化剂,负载过渡金属氧化物催化剂不仅具有良好的氧化活性,而且价格低廉.迄今已发现许多过渡金属氧化物(如 Co3O4, Cr2O3和 MnO2等)对典型 VOCs氧化反应具有催化活性,其中 Co3O4的催化活性尤为突出.研究表明, Co3O4的性质和分散度是决定其性能的关键因素,制备方法、载体性质和过渡金属氧化物负载量对 Co3O4的物化性质具有重要影响,而且在负载 Pt催化剂中添加金属氧化物能改善其催化性能.尽管多孔氧化铝是一种常用的载体材料,但目前尚无文献报道三维有序大孔-介孔氧化铝负载 Co3O4和 Pt纳米粒子催化剂的制备及其对甲苯氧化反应的催化性能.
　　本文采用聚甲基丙烯酸甲酯微球胶晶模板法、等体积浸渍法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了三维有序大孔-介孔(3DOM Al2O3)负载 Co3O4和 Pt (xPt/yCo3O4/3DOM Al2O3, Pt的质量分数(x%)为0-1.4%, Co3O4的质量分数(y%)为0-9.2%)纳米催化剂.通过电感耦合等离子体原子发射光谱、X射线衍射、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射、X射线光电子能谱及氢气程序升温还原等技术表征了催化剂的物化性质,利用固定床微型石英反应器评价了催化剂对甲苯氧化反应的催化活性.结果表明,xPt/yCo3O4/3DOMAl2O3催化剂具有多级孔结构(大孔孔径为180–200 nm,介孔孔径为4–6 nm),比表面积为94?102 m2/g.粒径为18.3 nm的 Co3O4纳米粒子和粒径为2.3?2.5 nm的 Pt纳米粒子均匀分散在3DOM Al2O3表面.在xPt/yCo3O4/3DOM Al2O3催化剂中,1.3Pt/8.9Co3O4/3DOM Al2O3拥有最高的 Oads浓度、最好的低温还原性和最高的甲苯氧化反应催化活性(当空速为20000mL g–1 h–1时,甲苯转化率达90%的反应温度为160oC).基于催化剂的活性数据和结构表征,我们认为,1.3Pt/8.9Co3O4/3DOM Al2O3优异的催化性能与其高分散的 Pt纳米粒子、高的 Oads浓度、好的低温还原性、Pt和 Co3O4纳米粒子间的强相互作用以及多级孔结构相关.     

酸洗Pt-Fe和Pt-Co催化剂在CO氧化反应中的对比研究（英文）

负载型纳米催化剂表面结构与其催化性能之间关系的研究一直受到广泛关注.由于其结构复杂使得人们在研究催化剂构效关系时遇到了很多困难.近年来,大量研究发现反转催化剂在众多反应中表现出优越的催化性能.反转催化剂是将过渡金属氧化物负载于其它金属表面.和传统金属/氧化物催化剂相比,反转催化剂更能突出氧化物在催化反应中的重要作用.众多研究表明,在氧化物-金属界面处存在特殊的作用,这种作用可以改变氧化物的电子特性和化学性质,进而产生较高的催化性能.傅强等人创建了金属氧化物负载于Pt表面的反转催化体系,其表现出了高的低温CO氧化反应性能.在氧化物和Pt之间的界面限域效应可以稳定氧化物中配位不饱和的金属阳离子.这种配位不饱和的氧化物提供了活化O_2的活性位.目前,反转催化剂的研究主要集中在单晶模型体系中,在负载型催化剂中的研究还较少.我们以炭黑(CB)为载体,将还原后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过酸洗制备了一种表面富Pt核为合金的结构.考察了酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过不同温度氧化后的结构变化,并讨论了其结构与CO完全氧化反应(COOX)和CO选择氧化反应(CO-PROX)性能的关系.X射线粉末衍射(XRD),电感耦合等离子体发射光谱(ICP),透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,还原后的Pt基催化剂经过酸洗可以选择性去除纳米粒子表面的3d过渡金属,形成表面富Pt体相为合金的结构.将酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂在不同温度下空气中氧化,发现近表层的Fe(Co)会扩散到粒子表面上,形成过度氧化的Fe_2O_3(Co_3O_4)表面结构.氧化后的催化剂在COOX和CO-PROX反应中表现出截然不同的催化性能.酸洗后的Pt-Fe(Pt-Co)催化剂经过不同温度氧化后在COOX反应中活性都较差,室温下的CO转化率只有不到30%,CO完全转化的温度超过100 ℃,相当于纯Pt催化剂的活性.这说明Pt表面过度氧化的Fe_2O_3(Co_3O_4)对CO氧化反应的促进作用不明显.而氧化后的催化剂在CO-PROX反应中表现出较高的活性,250 ℃(或350 ℃)氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂室温下的CO转化率接近100%,250 ℃(或350 ℃)氧化后的酸洗Pt-Co催化剂室温下的CO转化率也达到了70%.结合表征和反应结果,我们认为氧化处理形成的表面过度氧化的金属氧化物(Fe_2O_3,Co_3O_4)在COOX的催化性能较差.通入CO-PROX反应气后,气氛中大量H_2的存在和Pt表面的氢溢流效应可以使得表面Fe_2O_3,Co_3O_4在室温下被还原成配位不饱和的FeO,CoO.这种配位不饱和的氧化物在表面Pt的限域作用和大量H_2气氛下比较稳定,并且具有较强的活化解离O_2的能力,进而提高了CO-PROX反应的活性.为了进一步证实催化剂表面氧化物与其催化性能的关系,我们在室温下进行了两种反应气的循环实验测试.测试结果表明,对于氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂,COOX反应中的表面Fe_2O_3和CO-PROX反应中的表面FeO可以通过变换反应气氛实现两种氧化物的相互转变,并表现出完全不同的催化性能.对于氧化后的酸洗Pt-Co催化剂,CO-PROX反应中形成的CoO表面结构在COOX反应中也比较稳定,在两种反应气中表现出相似的催化性能.     

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。     

高活性甲醇氧化电催化剂Pt-Pd纳米合金的组分可控合成

Pt纳米粒子由于其本身独特的物理、化学性质以及能够同时促进氧化和还原反应,在工业生产和商业设备中(尤其在直接甲醇燃料电池中)广泛用作重要的电催化剂.然而,Pt作为贵金属在自然界中的含量极其稀少,价格昂贵;另外,甲醇氧化反应中产生的中间产物CO很容易市Pt纳米粒子中毒而失活.因此,迫切需要一种Pt用量少,催化性能高的材料.一制备高活性比表面积的Pt纳米颗粒,可以有效提高Pt利用率.另外,调控纳米粒子使其裸露特定的晶面、边、角以及缺陷也能有效提升催化性能.还可以采用Pt纳米粒子结合其它金属元素形成双金属合金,如,Pt-M (M = Pd,Au,Ag,Ru,Fe,Co,Ni,等)催化剂,可以在减少Pt元素用量的同时有效提升催化活性.在众多可供选择的元素中,Pd相对于Pt价格低廉,但两者具有相近的物理、化学性质以及较高的电催化性能,使Pt-Pd纳米合金呈现十分优异的电催化性能.研究表明,Pt-Pd纳米合金在酸性和CO环境中能有效催化有机小分子电氧化过程.另外,在酸性环境中,用Pd替代Cu,Ag,Co或Ni,可以有效减少催化剂的腐蚀.本文在乙二醇溶液中同时还原K2PtCl4和Na2PdCl4,在110 ℃C反应5 h制备出超细的Pt-Pd纳米合金.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及能谱仪(EDS)对合金进行表征,从而确定产物为尺寸4 nm左右的Pt-Pd纳米合金,且通过改变金属前驱体的投料比可以有效调控Pt-Pd合金组分(按元素比例分别表示为Pt1Pd3,Pt1Pd1,Pt3Pd1).采用循环伏安法、线性扫描伏安法以及计时安培法等多种手段测试样品在0.5 mol/L H2SO4和0.5 mol/L CH3OH的酸性环境中(50 mV/s)电化学性能,并与商业Pt/C进行比较.结果表明,合金的催化性能和组分密切相关,当Pt元素的含量为75%左右时,Pt-Pd纳米合金表现出最佳的催化活性和稳定性,其中Pt3Pd1的电催化质量活性可达商业Pt/C的7倍之多.我们把Pt-Pd纳米合金的催化性能对其组分的依赖性归结为甲醇氧化反应中的双官能团机制,反应中,Pt可有效催化甲醇脱氢产生Pt-CO,Pd则催化水脱氢形成Pd-OH.当Pd含量减少时,Pt表面的水脱氢反应只有在高电位才能发生,从而降低催化效率;而Pd含量过多,则会抑制Pt催化甲醇的脱氢反应,使催化效率大大降低.因此,只有适宜Pt/Pd比例,才能有效提升催化效率.     

高活性甲醇氧化电催化剂Pt-Pd纳米合金的组分可控合成（英文）

Pt纳米粒子由于其本身独特的物理、化学性质以及能够同时促进氧化和还原反应,在工业生产和商业设备中(尤其在直接甲醇燃料电池中)广泛用作重要的电催化剂.然而,Pt作为贵金属在自然界中的含量极其稀少,价格昂贵;另外,甲醇氧化反应中产生的中间产物CO很容易市Pt纳米粒子中毒而失活.因此,迫切需要一种Pt用量少,催化性能高的材料.一制备高活性比表面积的Pt纳米颗粒,可以有效提高Pt利用率.另外,调控纳米粒子使其裸露特定的晶面、边、角以及缺陷也能有效提升催化性能.还可以采用Pt纳米粒子结合其它金属元素形成双金属合金,如,Pt-M(M=Pd,Au,Ag,Ru,Fe,Co,Ni,等)催化剂,可以在减少Pt元素用量的同时有效提升催化活性.在众多可供选择的元素中,Pd相对于Pt价格低廉,但两者具有相近的物理、化学性质以及较高的电催化性能,使Pt-Pd纳米合金呈现十分优异的电催化性能.研究表明,Pt-Pd纳米合金在酸性和CO环境中能有效催化有机小分子电氧化过程.另外,在酸性环境中,用Pd替代Cu,Ag,Co或Ni,可以有效减少催化剂的腐蚀.本文在乙二醇溶液中同时还原K_2PtCl_4和Na_2PdCl_4,在110°C反应5 h制备出超细的Pt-Pd纳米合金.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及能谱仪(EDS)对合金进行表征,从而确定产物为尺寸4 nm左右的Pt-Pd纳米合金,且通过改变金属前驱体的投料比可以有效调控Pt-Pd合金组分(按元素比例分别表示为Pt1Pd3,Pt1Pd1,Pt3Pd1).采用循环伏安法、线性扫描伏安法以及计时安培法等多种手段测试样品在0.5 mol/L H_2SO_4和0.5mol/L CH_3OH的酸性环境中(50 mV/s)电化学性能,并与商业Pt/C进行比较.结果表明,合金的催化性能和组分密切相关,当Pt元素的含量为75%左右时,Pt-Pd纳米合金表现出最佳的催化活性和稳定性,其中Pt_3Pd_1的电催化质量活性可达商业Pt/C的7倍之多.我们把Pt-Pd纳米合金的催化性能对其组分的依赖性归结为甲醇氧化反应中的双官能团机制,反应中,Pt可有效催化甲醇脱氢产生Pt-CO,Pd则催化水脱氢形成Pd-OH.当Pd含量减少时,Pt表面的水脱氢反应只有在高电位才能发生,从而降低催化效率;而Pd含量过多,则会抑制Pt催化甲醇的脱氢反应,使催化效率大大降低.因此,只有适宜Pt/Pd比例,才能有效提升催化效率.     

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）.     

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.     

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 FeCl₂·4NH₂O as iron source which were named S1, S2 and S3, respectively. The coordination complex of platinum (TOA)₂PtCl₆ was obtained by the chemical reaction between (NH₄)₂PtCl₆ 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).     

Bimetallic Pt-Au nanocatalysts electrochemically deposited on graphene and their electrocatalytic characteristics towards oxygen reduction and methanol oxidation

The burgeoning demand for clean and energy-efficient fuel cell system requires electrocatalysts to deliver greater activity and selectivity. Bimetallic catalysts have proven superior to single metal catalysts in this respect. This work reports the preparation, characterization, and electrocatalytic characteristics of a new bimetallic nanocatalyst. The catalyst, Pt-Au-graphene, was synthesized by electrodeposition of Pt-Au nanostructures on the surface of graphene sheets, and characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray powder diffraction (XRD), and voltammetry. The morphology and composition of the nanocatalyst can be easily controlled by adjusting the molar ratio between Pt and Au precursors. The electrocatalytic characteristics of the nanocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) and the methanol oxidation reaction (MOR) were systematically investigated by cyclic voltammetry. The Pt-Au-graphene catalysts exhibits higher catalytic activity than Au-graphene and Pt-graphene catalysts for both the ORR and the MOR, and the highest activity is obtained at a Pt/Au molar ratio of 2:1. Moreover, graphene can significantly enhance the long-term stability of the nanocatalyst toward the MOR by effectively removing the accumulated carbonaceous species formed in the oxidation of methanol from the surface of the catalyst. Therefore, this work has demonstrated that a higher performance of ORR and the MOR could be realized at the Pt-Au-graphene electrocatalyst while Pt utilization also could be greatly diminished. This method may open a general approach for the morphology-controlled synthesis of bimetallic Pt-M nanocatalysts, which can be expected to have promising applications in fuel cells.     

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。     

Pt-Pb六边形纳米板电催化甲醇氧化反应中的表面元素分布效应

由于副产物CO可降低纯Pt催化剂的活性,因此双金属Pt基催化剂已经广泛用于提高直接甲醇燃料电池的性能.本文合成了Pt-Pb六边形纳米板,作为模型催化剂用于甲醇氧化反应(MOR),并通过乙酸(HAc)处理进一步控制纳米板表面Pt和Pb的分布,从而得到Pt-Pb合金表面均相分布的Pt-Pb纳米板以及非均匀分布的HAc处理的Pt-Pb纳米板.结果表明,与HAc处理的Pt-Pb纳米板相比, Pt-Pb纳米板的MOR催化活性和稳定性提高,这主要是由于亲氧性Pb的加入提高了CO容忍度并修饰了Pt的电子结构.     

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%.