Pt/MO2/CNTs催化剂上乙醇电氧化研究

应用循环伏安法研究了几种催化剂Pt/MO2/CNTs（M = Sn, Ti, Ce）和Pt/CNTs对乙醇在H2SO4溶液中的电催化氧化过程。结果表明,金属氧化物的加入有利于乙醇的电氧化,其中,Pt/CeO2/CNTs对乙醇电氧化中间态产物具有显著的氧化性能。综合初始氧化电位、峰电流、总氧化峰面积等参数可以得出Pt/SnO2/CNTs催化剂性能最佳。     

Pt/C催化剂的硅钼酸电化学修饰

通过电化学循环伏安法将硅钼酸修饰到Pt/C催化剂表面, 比较了硅钼酸修饰对Pt/C催化剂上CO、甲醇及乙醇电氧化反应的影响. CO消除伏安测试结果表明, 用硅钼酸修饰后的Pt/C催化剂上吸附的CO的起始氧化电势和峰电势, 与修饰前相比分别降低了80和60 mV, 表明修饰后Pt/C催化剂的抗CO性能有明显提高. 对于甲醇的电氧化反应, 硅钼酸的修饰不仅提高了甲醇电氧化的电流密度, 而且降低了甲醇的起始氧化电势, 促进了中间氧化产物的脱除；而在乙醇的电氧化反应中, 硅钼酸修饰虽对Pt/C催化剂上乙醇的起始氧化电势没有影响, 但能增加乙醇电氧化的电流密度.     

具有优异甲醇催化氧化性能的Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂

以聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐(PDDA)为连接剂,采用原位自组装方式将MoO3和WO3负载到碳纳米管(CNTs)上,然后通过乙二醇还原法负载Pt纳米颗粒,得到Pt纳米颗粒均匀分布的Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂.当氧化物总量控制在10 wt%,MoO3与WO3摩尔比为1:0.5时,Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂催化甲醇氧化活性最高,甲醇氧化峰电流If高达835 A/gPt.WO3和MoO3的加入提高了催化剂的甲醇氧化活性、抗CO中毒能力和稳定性,使得Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂表现出优异的甲醇电催化氧化性能.     

Pt/RuO2/CNTs纳米催化剂中RuO2含量对甲醇电催化氧化性能的影响

制备了一种新的甲醇直接燃料电池Pt/RuO2/CNTs阳极催化剂,在相同Pt负载量下,其甲醇电催化氧化活性是Pt/CNTs的3倍.采用循环伏安法研究发现Pt/RuO2/CNTs纳米催化剂中RuO2含量对甲醇电催化氧化活性有明显影响,当Pt和RuO2在碳纳米管上含量分别为15%和9.5%时,Pt/RuO2/CNTs催化剂具有最佳的甲醇电催化氧化活性.RuO2负载在碳纳米管上比电容的变化,反映了水合RuO2结构中质子与电子传输平衡的能力,分析表明,催化剂中RuO2含量不同导致电容的变化是影响甲醇电催化氧化活性的主要原因.当催化剂结构中质子与电子传输达到平衡时,催化剂比电容最大,电催化氧化活性最高.这种基于电容关联电催化剂的观点对甲醇直接燃料电池阳极催化剂的设计非常有意义.     

CeO2修饰的Pt/Ni催化剂在碱性溶液中对乙醇电催化氧化性能的增强

有机小分子直接燃料电池具有高能量密度和转换效率、易贮存及运输方便等优点.在过去几十年,有机小分子化合物尤其是乙醇的电催化氧化引起了研究者的关注,高活性和稳定性及低价格的电催化剂的设计和制备一直是乙醇燃料电池的研究热点.本文采用复合电沉积方法制备了Ni和CeO2复合镀层,然后利用Ni置换铂前驱体中Pt的方法制备了纳米CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂(Pt/Ni-CeO2).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等手段表征了所制样品的组成和相结构、表面形貌及组成成份.XRD结果表明,所制Pt/Ni催化剂主要是PtNi合金相结构.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO2催化剂的XRD峰强明显变弱,表明纳米CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂的结晶性较差或者其晶体颗粒较小.这可能是由于CeO2的共沉积阻止了Ni纳米颗粒的进一步生长或团聚.当电镀液中CeO2含量为50和100 mg/L时,所制Pt/Ni-CeO2催化剂样品Pt/NiCe1和Pt/NiCe2的XRD谱上未观察到CeO2相关的衍射峰,这主要可归因于催化剂中沉积的CeO2量少或其高度分散.随着电镀液中CeO2浓度进一步增大到200 mg/L时,在Pt/Ni-CeO2催化剂(Pt/NiCe4)的XRD谱上出现了CeO2相关的衍射峰.这表明采用复合电沉积-化学还原法可以成功制备CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂.SEM结果显示,所制催化剂都是由团聚状态的纳米颗粒组成,并且Pt/NiCe2表现出比Pt/Ni更开放的微结构,从而有利于反应物扩散至催化剂内部.该结果进一步表明共沉积的CeO2对所制Pt/Ni催化剂微结构的影响.此外,EDS结果也证实成功制备了CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂.采用多次循环伏安、电流时间曲线和电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了所制电催化剂的电化学性能.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO2催化剂表现出更好的电催化氧化乙醇活性和稳定性,这可能与CeO2的贮氧特性及其共沉积增大了电极的粗糙度有关.红外光谱测试结果表明,在CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂催化氧化乙醇过程中,CH3COO?可能是乙醇氧化的主要产物.在所制催化剂中,CeO2含量影响其电催化氧化乙醇性能.循环伏安和电流时间曲线测试结果表明,随着催化剂中CeO2含量增大,催化剂活性先增加后减弱.电化学阻抗谱结果表明,随着CeO2含量增大,CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂的接触电阻先增大后变小再变大;而电荷转移电阻不断变小.在电解液中含有100 mg/L CeO2时所制电催化剂(Pt/NiCe2)具有最佳的电催化氧化乙醇活性和稳定性.这主要与CeO2的贮氧功能、Pt与CeO2/Ni间的相互作用和其较小的接触电阻和电荷转移电阻有关.该结果可为设计和制备低价格、高活性乙醇燃料电池中的催化剂提供思路.     

CeO_2修饰的Pt/Ni催化剂在碱性溶液中对乙醇电催化氧化性能的增强（英文）

有机小分子直接燃料电池具有高能量密度和转换效率、易贮存及运输方便等优点.在过去几十年,有机小分子化合物尤其是乙醇的电催化氧化引起了研究者的关注,高活性和稳定性及低价格的电催化剂的设计和制备一直是乙醇燃料电池的研究热点.本文采用复合电沉积方法制备了Ni和CeO_2复合镀层,然后利用Ni置换铂前驱体中Pt的方法制备了纳米CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂(Pt/Ni-CeO_2).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等手段表征了所制样品的组成和相结构、表面形貌及组成成份.XRD结果表明,所制Pt/Ni催化剂主要是PtNi合金相结构.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO_2催化剂的XRD峰强明显变弱,表明纳米CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂的结晶性较差或者其晶体颗粒较小.这可能是由于CeO_2的共沉积阻止了Ni纳米颗粒的进一步生长或团聚.当电镀液中CeO_2含量为50和100 mg/L时,所制Pt/Ni-CeO_2催化剂样品Pt/NiCel和Pt/NiCe2的XRD谱上未观察到CeO_2相关的衍射峰,这主要可归因于催化剂中沉积的CeO_2量少或其高度分散.随着电镀液中CeO_2浓度进一步增大到200mg/L时,在Pt/Ni-CeO_2催化剂(Pt/NiCe4)的XRD谱上出现了CeO_2相关的衍射峰.这表明采用复合电沉积-化学还原法可以成功制备CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂.SEM结果显示,所制催化剂都是由团聚状态的纳米颗粒组成,并且Pt/NiCe_2表现出比Pt/Ni更开放的微结构,从而有利于反应物扩散至催化剂内部.该结果进一步表明共沉积的CeO_2对所制Pt/Ni催化剂微结构的影响.此外,EDS结果也证实成功制备了CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂.采用多次循环伏安、电流时间曲线和电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了所制电催化剂的电化学性能.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO_2催化剂表现出更好的电催化氧化乙醇活性和稳定性,这可能与CeO_2的贮氧特性及其共沉积增大了电极的粗糙度有关.红外光谱测试结果表明,在CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂催化氧化乙醇过程中,CH_3COO~-可能是乙醇氧化的主要产物.在所制催化剂中,CeO_2含量影响其电催化氧化乙醇性能.循环伏安和电流时间曲线测试结果表明,随着催化剂中CeO_2含量增大,催化剂活性先增加后减弱.电化学阻抗谱结果表明,随着CeO_2含量增大,CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂的接触电阻先增大后变小再变大;而电荷转移电阻不断变小.在电解液中含有100 mg/L CeO_2时所制电催化剂(Pt/NiCe2)具有最佳的电催化氧化乙醇活性和稳定性.这主要与CeO_2的贮氧功能、Pt与CeO_2/Ni间的相互作用和其较小的接触电阻和电荷转移电阻有关.该结果可为设计和制备低价格、高活性乙醇燃料电池中的催化剂提供思路.     

Pt/CeO2/CNTs催化剂对甲醇电催化氧化的研究

通过微波乙二醇法制备了Pt/CeO2/CNTs催化剂用于碱性体系中的甲醇电催化氧化,考察了不同的CeO2含量对其电催化活性的影响.X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)结果表明,Pt/CeO2/CNTs催化剂中Pt颗粒较小,在载体上分散性较好.循环伏安曲线和计时电流测试结果表明,Pt/CeO2/CNTs催化剂表现出良...     

乙醇在Pt/nanoTiO2-CNT复合催化剂上的电催化氧化

通过前驱体Ti(OEt)4直接水解和电化学扫描电沉积法制备在Ti基体上的纳米TiO2-碳纳米管复合膜载Pt(Pt/nanoTiO2-CNT)复合催化剂. 透射电镜 (TEM) 和X射线衍射 (XRD) 结果表明, 锐钛矿型纳米TiO2粒子和Pt纳米粒子(粒径均为5~10 nm)均匀地分散在碳纳米管表面. 通过循环伏安和计时电流法研究表明, Pt/nanoTiO2-CNT 复合催化剂(Pt载量为0.32 mg•cm−2) 具有高达51.8 m2•g−1的电化学活性比表面积, 常温常压下对乙醇的电化学氧化具有高催化活性和稳定性, 乙醇氧化峰电位分别为0.59、0.96和0.24 V, 氧化峰电流密度分别达到−115、−113和−75 mA•cm−2. 复合催化剂对乙醇电氧化的高催化活性可归因于nanoTiO2、CNT和Pt纳米粒子的协同催化作用.     

Ag/Au/Pt复合催化剂的制备及其对甲酸的电催化氧化

利用化学-电化学方法制备了Ag/Au/Pt复合催化剂. 该催化剂以100 nm左右的Ag颗粒为基底, 以化学方法沉积金再电沉积铂, 这降低了贵金属Au和Pt的用量. 通过SEM, EDX和XRD对样品进行表征, 并测试对甲酸的电催化氧化性能. 研究表明, 当Pt∶Au原子数比小于1∶10时, 主要表现为直接氧化, 在较低的Pt负载量(0.71 μg/cm²)情况下, Ag/Au/Pt复合催化剂对甲酸氧化的直接氧化峰电流密度达到最大. 甲酸的电催化氧化稳定性实验表明, 当Pt载量为0.05 μg时, 相对于最大峰电流密度, 循环伏安扫描第100圈时甲酸氧化的直接氧化峰电流密度仅衰减了2.29%. 同时CO氧化剥离实验表明, 当Pt∶Au＝1∶6时, Ag/Au/Pt复合催化剂对CO氧化峰电势最负, 相对于纯Pt催化剂负移了大约0.13 V, 表明该复合催化剂具有更好的抗CO毒化能力.     

在Pt/CNTs催化层中预混-溶解La2O3颗粒来构筑孔结构促进甲醇电氧化

为认识孔隙度增加对甲醇电氧化的影响,将熔盐法制备的La2O3颗粒与Pt/CNTs(碳纳米管)预混合然后用HClO4溶掉La2O3颗粒,从而增加了Pt/CNTs催化层的孔隙度.扫描电子显微镜(SEM)观察表明,该处理可以形成孔结构.用循环伏安和计时电流实验考察了孔隙度增加对甲醇电氧化的影响,结果表明甲醇电氧化电流可增加57%.分析认为,电流增加的原因是由于多孔催化层中甲醇更易于到达Pt催化剂表面进行电氧化.该研究表明,通过在催化层中预混-溶解La2O3来增加孔隙是一种改善催化层性能的有效方法.     

在Pt/CNTs催化层中预混-溶解La2O3颗粒来构筑孔结构促进甲醇电氧化

为认识孔隙度增加对甲醇电氧化的影响, 将熔盐法制备的La2O3颗粒与Pt/CNTs(碳纳米管)预混合然后用HClO4溶掉La2O3颗粒, 从而增加了Pt/CNTs催化层的孔隙度. 扫描电子显微镜(SEM)观察表明, 该处理可以形成孔结构. 用循环伏安和计时电流实验考察了孔隙度增加对甲醇电氧化的影响, 结果表明甲醇电氧化电流可增加57%. 分析认为, 电流增加的原因是由于多孔催化层中甲醇更易于到达Pt催化剂表面进行电氧化. 该研究表明, 通过在催化层中预混-溶解La2O3来增加孔隙是一种改善催化层性能的有效方法.     

在Pt/CNTs催化层中预混-溶解La2O3颗粒来构筑孔结构促进甲醇电氧化（英文）

为认识孔隙度增加对甲醇电氧化的影响,将熔盐法制备的La2O3颗粒与Pt/CNTs（碳纳米管）预混合然后用HClO4溶掉La2O3颗粒,从而增加了Pt/CNTs催化层的孔隙度.扫描电子显微镜（SEM）观察表明,该处理可以形成孔结构.用循环伏安和计时电流实验考察了孔隙度增加对甲醇电氧化的影响,结果表明甲醇电氧化电流可增加57%.分析认为,电流增加的原因是由于多孔催化层中甲醇更易于到达Pt催化剂表面进行电氧化.该研究表明,通过在催化层中预混-溶解La2O3来增加孔隙是一种改善催化层性能的有效方法.     

PtTe/C催化剂的制备及其对乙醇的电催化氧化性能

采用无机溶胶法制备了用于乙醇燃料电池的PtTe/C催化剂;利用X射线衍射仪分析了催化剂的结构,采用循环伏安法和电化学阻抗法测试了PtTe/C催化剂对乙醇的电催化氧化性能.结果表明,与商业Pt/C催化剂相比,PtTe/C催化剂对乙醇的催化氧化效率明显较高,可使乙醇氧化峰电流密度提高27%,且具有更高的抗CO中毒能力.     

Pt/C和Pt/CNTs电极的电化学稳定性研究

采用恒电位氧化法研究了Pt/C和Pt/CNTs电极的电化学稳定性. 相同条件下, Pt/C电极的氧化电流大约为Pt/CNTs电极的2倍; 120 h氧化后, Pt/C电极Pt的电化学表面积下降了21.3%, 而Pt/CNTs电极仅下降了7.6%, 表明Pt/CNTs电极性能衰减较慢. X射线光电子能谱(XPS)分析表明, Pt/C的载体碳黑表面氧增加量大于Pt/CNTs中碳纳米管(CNTs)表面氧的增加量, 说明碳黑的被氧化程度较高, 电化学稳定性差; Pt的表面化学状态没有发生变化; 碳纳米管本身的抗电化学氧化性也大于碳黑. 所以, 载体的被氧化程度不同是两种电极性能衰减不同的主要原因之一, 并且排除了Pt表面状态的影响.     

甲醇电氧化催化剂Pt/CeO2-CNTs与PtRu/C的比较研究

为认识合成催化剂Pt/CeO2-CNTs与商用催化剂PtRu/C(E-TEK)的催化性能和结构特点, 用CO溶出法和恒电位氧化法比较了这两种催化剂对CO的电氧化活性, 运用循环伏安法和恒电位氧化法比较了这两种催化剂对甲醇的电氧化活性. CO电氧化实验结果表明, PtRu/C上CO的电氧化活性明显优于Pt/CeO2-CNTs; 甲醇电氧化实验结果却表明, Pt/CeO2-CNTs与PtRu/C上甲醇电氧化表观活性相当. 为从结构特点上解释PtRu/C上CO电氧化和甲醇电氧化活性的不一致, 对PtRu/C进行了循环伏安扫描和CO溶出实验. 结果表明, PtRu/C的甲醇电氧化电流之所以没有预期高, 一是由于Pt比表面积不够大, 同时Pt-Ru之间协同作用有待提高. 本研究结果表明, 尽管Ru对Pt上CO电氧化有显著助催化作用, 但要充分发挥其对Pt上甲醇电氧化的助催化作用, 需同时提高Pt表面积和Pt-Ru接触界面. 该结论对设计甲醇电氧化催化剂具有普适意义.     

Pt-CeO_2/聚苯乙烯磺酸盐功能化碳纳米管复合物的制备及对甲醇的电催化氧化性能

通过阴离子聚合物聚苯乙烯磺酸钠(PSS)对碳纳米管(CNTs)进行非共价功能化修饰得到PSS功能化的碳纳米管(PSS-CNTs),利用带负电的PSS和Ce3+之间的静电作用将Ce3+组装到CNTs表面,再利用Ce3+与Pt Cl2-4之间存在的静电作用和氧化还原反应实现CeO_2和Pt纳米粒子在CNTs表面的原位沉积,得到复合催化剂Pt-CeO_2/PSS-CNTs.采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)及拉曼光谱仪(Raman)等对催化剂进行了表征.电化学性能测试结果表明,由于PSS-CNTs表面原位沉积的Pt纳米粒子相对于在原始CNTs上沉积的Pt纳米粒子具有更小的粒径、更好的分散均匀性和稳定性,同时Pt与CeO_2之间存在良好的协同效应,Pt-CeO_2/PSS-CNTs催化剂对甲醇电催化氧化具有较好的催化活性和化学稳定性,当nPt/nCe=2/3时催化性能最优.     

酸性介质中Pt-Ir-SnO2/C电催化氧化乙醇

采用改良的B(o)nnemann法合成了一系列新型炭载Pt-Ir-SnO2催化剂.电化学结果表明,在室温下新型电催化剂Pt-Iro.07-SnO2/C可有效断裂乙醇中C-C键,促进乙醇在低电位下完全氧化,其CO2生成量为Pt/C催化剂的2倍.另外,该三元催化剂显著增强乙醇的氧化反应,在室温下其电流密度为Pt/C的3倍.     

Rh@Pt内凹立方体核壳催化剂的制备及其乙醇电氧化性能

贵金属Rh基催化剂可有效催化乙醇中C―C键断裂,有利于实现乙醇完全电氧化,但Rh催化剂对乙醇电氧化的催化活性较低。本文通过种子介导生长法制备了具有内凹立方体形貌的Rh@Pt/C核壳催化剂,考察了不同Pt壳层厚度的Rh@Pt/C核壳催化剂在碱性介质中对乙醇电氧化反应(EOR)的催化性能。其中Rh@Pt_0.25/C核壳催化剂对EOR的质量归一化电流最高为520 mA/mg,此时面积归一化电流也最高,为0.16 mA/cm²。研究表明,Rh@Pt/C核壳催化剂中Rh和Pt之间的表面应变效应和电子配体效应取决于Rh表面Pt壳层的厚度,Pt壳层厚度的改变,可调控催化剂中Rh和Pt的协同作用,从而减弱毒性中间体对催化剂表面的吸附,优化催化剂对EOR的性能。总体上,Rh表面Pt壳层为3层的Rh@Pt_0.25/C核壳催化剂表现出最优的EOR活性和稳定性,此时催化剂也兼具了较优的抗毒化能力。     

Pt 纳米颗粒在聚二甲基二烯丙基氯化铵功能化碳纳米管上的自发沉积及其对甲醇的电氧化性能

利用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)非共价修饰的碳纳米管(CNTs)与PtCl₆^2-之间的自发氧化还原作用, 制备了Pt 纳米颗粒(Pt NPs)/CNTs-PDDA复合催化剂. PDDA在该催化剂中具有三种作用: (1) 作为金属前驱体PtCl₆^2-还原为Pt NPs 的还原剂; (2) 作为原位产生的Pt NPs 的稳定剂; (3) 在CNTs 表面形成保护膜抑制CNTs 在甲醇电催化氧化过程中的腐蚀. 采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重分析和拉曼光谱对CNTs-PDDA进行了表征, 表明PDDA通过π-π作用已成功覆盖在CNTs 表面, 并且修饰过程没有导致CNTs 结构的破坏. 采用透射电子显微镜(TEM)对Pt NPs/CNTs-PDDA 催化剂进行了表征, 结果表明, Pt NPs 均匀地分散在CNTs上, 平均粒径约2 nm, 且粒径分布范围窄. 用循环伏安法、计时电流法进一步考察了Pt NPs/CNTs-PDDA催化剂在酸性介质中对甲醇的电催化氧化的性能. 电化学测试结果表明, 与原始CNTs 负载的Pt NPs催化剂相比,Pt NPs/CNTs-PDDA催化剂具有更高的电化学活性表面积、电催化质量比活性和稳定性.     

Pt/CNTs催化剂的制备及其催化臭氧化活性研究

以碳纳米管(CNTs)为催化剂载体, 以H₂PtCl₆•6H₂O为贵金属活性组分前驱物, 采用等体积浸渍法制备了Pt/CNTs催化剂. 以草酸为目标污染物, 考察了所制备催化剂的催化活性, 并采用SEM, XRD和XPS等分析方法对催化剂进行表征. 对活性组分Pt的负载量、氢还原温度和热处理方式进行了研究, 确定了适宜的制备条件为Pt负载量1.0%、氢还原温度350 ℃. 研究表明, 在本实验条件下, 单独臭氧氧化、碳纳米管载体催化臭氧化和Pt/CNTs催化臭氧化分别能去除溶液中3.0%, 72.9%和97.9%的草酸. Pt的负载明显地提高碳纳米管催化臭氧化的效果. XRD分析显示催化剂的活性组分Pt以单质Pt⁰的形式存在; 与氢还原过程相比, 在空气气氛中焙烧制备的Pt/CNTs催化剂表面Pt的结晶度过高, 而且XPS结果表明此催化剂表面的Pt有化学吸附氧存在, 导致催化活性降低.