PtCu2八面体形貌调控及氧还原电催化性能研究北大核心CSCD

利用溶剂热法,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中共同还原乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)和乙酰丙酮铜(Cu(acac)_2)制备PtCu八面体合金催化剂.PtCu_2八面体表现出明显的晶格收缩、较高比例的非氧化态Pt单质和较高的电子结合能,进而表现出较弱的含氧物种吸附强度和较低的d带中心位置.系统研究结构导向剂对PtCu合金形貌影响.在半电池测试中,由于PtCu_2具有均匀分散的规则八面体形貌结构,导致在0.9 V vs.RHE处氧还原(ORR)的质量比活性和面积比活性分别是Pt/C(JM)的6.3和27.2倍,并在加速衰减测试后其ORR的质量比活性仍达到Pt/C(JM)的4.5倍.     

PtxCuy/C电催化剂甲醇氧化反应性能及机理研究

直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种将甲醇燃料的化学能直接转化为电能的能量转换装置,具有能量转化效率高、环境友好、燃料来源丰富等优势,在移动电源等领域具有广泛应用前景,但阳极铂基电催化剂的性能及成本制约着DMFC的发展。本论文通过简单的液相浸渍还原法,制备了系列PtCu/C纳米电催化剂,电化学性能测试结果表明,电催化剂对甲醇氧化反应（MOR）活性顺序为商品Pt/C < Pt₃Cu/C < PtCu₄/C < PtCu/C < PtCu₃/C,且活性最高的PtCu₃/C电催化剂表现出较为优异的电化学稳定性。结合物相表征、电化学测试及DFT计算,阐释了PtCu₃/C催化剂中存在的少量CuO相能够促进水分子解离产生*OH,通过双功能机制促进类CO反应中间物种氧化为CO₂。因此,相比于商品Pt/C,虽然PtCu₃/C电催化剂的ECSA不足其一半,但质量比活性和面积比活性分别提高1.88倍和3.74倍。     

单分散的超小PtCu合金的制备及其氧还原电催化性能

在无表面活性剂存在条件下,采用NaBH4还原CuCl_2得到Cu纳米颗粒,以此为助分散剂,进一步还原CuCl_2与K_2PtCl_4得到平均粒径为2.1 nm的PtCu合金纳米颗粒,并被担载到活性炭上.超小的单分散PtCu合金纳米颗粒表现出明显的晶格紧缩、一定程度的Pt表面偏析、较高比例的非氧化态Pt单质和较高的电子结合能,进而表现出较弱的Pt与含氧物种的吸附作用强度.半电池测试得到的0.9 V vs.RHE处氧还原催化(ORR)的面积比活性、质量比活性分别达到Pt/C(JM)的6.6倍和3.8倍,并且加速衰减测试后,ORR电催化活性优势仍很明显,表现出良好的稳定性.在全电池100 mA/cm~2测试条件下,超小的合金催化剂显示出优于Pt/C(JM)的电催化活性及稳定性.本文制备方法也可应用于得到担载型超小单分散PtCo、PtNi等合金纳米颗粒.     

Pt-Cu合金纳米枝晶的合成及其氧还原催化性能

纳米材料的结构和化学成分对其催化性能的显著影响已经得到验证. 因此,本文通过一种简易的蚀刻方法,合成出具有均匀合金结构且尺寸和形貌均一的Pt-Cu纳米枝晶（NDs）作为高效氧还原（ORR）催化剂. 其树枝状形貌的形成得益于由Br^-/O₂氧化蚀刻剂引起的蚀刻效应. 通过改变Pt/Cu前驱体的比例可以容易地调节Pt-Cu NDs的Pt/Cu原子比,而不会使其树枝状形貌发生改变. 活性最高的碳载Pt₁Cu₁ NDs（Pt₁Cu₁ NDs/C）的面积比活性为1.17 mA·cm^-2@0.9V（vs. RHE）,约为商业Pt/C的5.32倍. 此外,Pt₁Cu₁ NDs/C还具有卓越的电化学耐久性,即使在经过加速衰减实验的12000个电势循环后仍保持其优异的ORR催化活性. Pt₁Cu₁ NDs/C优异的ORR催化活性和电化学耐久性得益于由其合金结构和枝晶形貌产生的电子效应和结构效应.     

合成具有高氧还原反应催化活性的结构有序铂铁合金催化剂

为提高燃料电池用贵金属铂催化氧还原反应性能,采用改进的多元醇法制备不同金属比例的碳载铂铁合金催化剂（D-Pt₃Fe/C和D-PtFe/C）前驱体. 随后通过优化在惰性气体环境中的高温煅烧条件,将结构无序的合金结构转变为结构有序的合金催化剂（O-Pt₃Fe/C和O-PtFe/C）. 利用X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）和X射线光电子能谱（XPS）对所制得催化剂进行结构表征. 结果发现,所制得催化剂的合金纳米颗粒尺寸分布均一（4 ~ 6 nm）,且均匀负载于碳载体上. 利用循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）对所制得催化剂进行电化学性能评估. 结果表明,O-PtFe/C的催化活性高于O-Pt₃Fe/C,其质量活性（271.54 mA•g^-1_Pt）和比活性（0.73 mA•cm^-2_Pt）分别是商业JM Pt/C催化剂的4.3倍和7.3倍. 两种结构有序铂铁催化剂催化氧还原反应活性均高于商业JM Pt/C催化剂.     

High-entropy L12-Pt(FeCoNiCuZn)3 intermetallics for ultrastable oxygen reduction reaction

Enhancing the stability of Pt-based electrocatalysts for the sluggish cathodic oxygen reduction reaction(ORR) is critical for proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs). Herein, high-entropy intermetallic(HEI) L1₂-Pt(FeCoNiCuZn)₃is designed for durable ORR catalysis. Benefiting from the unique HEI structure and the enhanced intermetallic phase stability, Pt(FeCoNiCuZn)₃/C nanoparticles demonstrate significantly improved stability over Pt/C and PtCu₃/C...     

溶剂热法制备纳米氧化镍及其表征

以乙酰丙酮镍、油酸、油胺为原料，十八烯为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，采用溶剂热法，在不同反应条件制备了纳米级氧化镍材料.通过X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）、透射电子显微镜（Transmission electron microscope，TEM）、紫外-可见光吸收光谱（Ultraviolet-visible spectroscopy，UV-Vis）光谱分析以及塔菲尔（Tafel）测试考察了反应物比例、保温时间、表面活性剂（PVP）、油胺的量对产物微结构、粒径、形貌、光学以及电化学活性性能的影响.实验结果表明：在反应物n[Ni（acac）₂]∶n（OA）=1∶2、添加剂PVP质量分数为1.66%、油胺物质的量为30 mmol、200℃下保温8 h时，可获得粒径约为30～40 nm纯相氧化镍，具有最佳电化学活性，交换电流密度为J₀=1.23×10^-2 mA·cm^-2.     

喹喔啉氮氧自由基-Zn(Ⅱ)配合物的合成、结构和磁性质

采用喹喔啉基取代的氮氧自由基NITQ与锌(Ⅱ)离子进行配位,得到了1个单核的双自旋配合物[Zn(acac)₂(NITQ)₂]·2CH₂Cl₂(其中acac=乙酰丙酮阴离子,NITQ=2-(2'-喹喔啉基)-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-3-氧化-1-氧基自由基)。 X射线单晶衍射分析结果表明,两个NITQ自由基作为单齿配体分别与Zn(acac)₂配位,形成八面体构型的双自旋配合物。 变温磁化率研究表明,NITQ自由基间存在铁磁相互作用,其居里常数C=0.7242 cm³·K/mol,外斯常数θ=0.5958 K。     

电化学合成系列锡配合物及纳米SnO2的制备

采用锡金属为"牺牲"阳极,首次在无隔膜电解槽中,电化学一步法制备了纳米SnO₂前驱体锡配合物Sn(OEt)₄, Sn(OBu)₄, Sn(OCH₂CH₂OCH₃)₄, Sn(OEt)₂(acac)₂, Sn(OBu)₂(acac)₂, Sn(OCH₂CH₂OCH₃)₂(acac)₂[acac为乙酰丙酮基],产物通过红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱和核磁共振进行表征.同时采用含Sn(OR)₂(acac)₂>的电解液直接水解制备纳米SnO₂粉体,纳米SnO₂通过X射线粉末衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)进行表征.实验表明,电解时防止阳极钝化,控制温度在40～60℃之间,采用有机胺溴化物为导电盐,可以提高电合成效率;电解合成Sn(OCH2CH₂OCH₃)₄, Sn(OEt)₂(acac)₂, Sn(OBu)₂(acac)₂, Sn(OCH₂CH₂OCH₃)₂(acac)₂的电流效率比Sn(OEt)₄, Sn(OBu)₄高,适宜作为溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备纳米SnO₂的原料,制备得到的纳米SnO₂经600℃煅烧后呈球形单分散结构,晶型为四方锡石型,平均粒径在(10±0.4) nm左右.     

新型钴-聚吡咯-碳载Pt燃料电池催化剂的制备与表征

采用脉冲微波辅助化学还原法制备了钴-聚吡咯-碳（Co-PPy-C）载Pt 催化剂（Pt/Co-PPy-C）,其中Pt 的总质量占20%. 利用透射电镜（TEM）、光电子射线能谱分析（XPS）和X射线衍射（XRD）研究了催化剂的结构,用循环伏安（CV）、线性扫描伏安（LSV）等方法考察了其电化学活性及氧还原反应（ORR）动力学特性及耐久性. Pt/Co-PPy-C电催化剂的金属颗粒直径约1.8 nm,略小于商用催化剂Pt/C（JM）颗粒尺寸（约2.5 nm）;催化剂在载体上分散均匀,粒径分布范围较窄. Pt/Co-PPy-C的电化学活性比表面积（ECSA）（75.1 m²·g^-1）高于商用催化剂的ECSA（51.3 m²·g^-1）. XPS测试表明,自制催化剂表面的Pt 主要以零价形式存在. 而XRD结果显示,自制催化剂中Pt（111）峰最强,Pt 主要为面心立方晶格. Pt/Co-PPy-C具有与Pt/C（JM）相同的半波电位;在0.9 V下,Pt/Co-PPy-C的比活性（1.21 mA·cm^-2）高于商用催化剂的比活性（1.04 mA·cm^-2）,表现出更好的ORR催化活性.动力学性能测试表明催化剂的ORR反应以四电子路线进行. CV测试1000 圈后,Pt/Co-PPy-C和Pt/C（JM）的ECSA 分别衰减了13.0%和24.0%,可见自制催化剂的耐久性高于商用Pt/C（JM）,在质子交换膜燃料电池（PEMFC）领域有一定的应用前景.     

金属前驱体对质子交换膜燃料电池用PtCu/C催化剂性能的影响

采用乙二醇还原法,利用不同金属前驱体(CuSO_4/CuCl_2、K_2PtCl_4/H_2PtCl_6)制备了铂铜总质量分数为20%的四种PtCu/C催化剂,并通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)对催化剂进行物相结构表征及电化学性能测试。结果表明,以CuSO_4和K_2PtCl_4为前驱体组合制备出的PtCu/C催化剂性能最优。所制备的PtCu/C催化剂金属颗粒平均粒径为2.3nm,粒径范围窄,在碳载体上负载均匀;电化学活性面积(ECSA)达到73.0m2/gPt,质量比活性(MA)为126.65mA/mgPt,均优于商业Pt/C催化剂。     

凹形树突状PtCu纳米催化剂的合成及对甲醇的电催化

以邻苯二胺为表面活性剂,通过水热釜法一步制备凹形树突状PtCu双金属纳米催化剂(PtCu NCDs)。PtCu NCDs在电催化甲醇氧化(MOR)的应用中表现出非常高的活性和很强的抗有毒中间体作用。PtCu NCDs对于甲醇氧化的质量活性为(0.53 A·mg^-1 Pt)是商业Pt/C(0.26 A·mg^-1 Pt)的2.04倍。从比活性的CV曲线图对比发现PtCu NCDs(1.07 mA·cm^-2)是商业Pt/C(0.55 mA·cm^-2)的1.95倍。而且,PtCu NCDs(2.76)比商业Pt/C催化剂(1.02)表现出更高的I_f/I_b比值。这些优异的电催化活性可能归功于PtCu NCDs特殊的凹形树突状形貌。     

凹形树突状PtCu纳米催化剂的合成及对甲醇电催化的研究

以邻苯二胺为表面活性剂,通过水热釜法一步制备凹形树突状PtCu双金属纳米催化剂(PtCu NCDs)。PtCu NCDs在电催化甲醇氧化(MOR)的应用中表现出非常高的活性和很强的抗有毒中间体作用。PtCu NCDs对于甲醇氧化的质量活性为(0.53 A·mg^-1 Pt)是商业Pt/C(0.26 A·mg^-1 Pt)的2.04倍。从比活性的CV曲线图对比发现PtCu NCDs(1.07 mA·cm^-2)是商业Pt/C(0.55 mA·cm^-2)的1.95倍。而且,PtCu NCDs(2.76)比商业Pt/C催化剂(1.02)表现出更高的I_f/I_b比值。这些优异的电催化活性可能归功于PtCu NCDs特殊的凹形树突状形貌。     

纳米多孔型碳基铂铜合金薄膜催化剂的结构及析氢性能表征

采用离子束溅射(Ion Beam Sputtering,IBS)与Pt、Cu移动双靶技术,结合真空退火及酸蚀处理等后处理工艺,制备出PtCu/C薄膜催化剂。采用高分辨透射电镜(HRTEMSTEM)、原子力显微镜测试(AFM)、X射线衍射(XRD)测试薄膜催化剂的表面形貌及组织结构。通过循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)测试薄膜催化剂的电化学析氢性能。结果表明,经过真空退火(400℃保温1 h)及酸蚀处理(1 mol/L HNO3,50℃,120 h)后的薄膜催化剂出现类蜂窝状纳米多孔结构,其电化学析氢交换电流密度达到0.004 27 A/cm2,相较于未后处理样品的铂载量降低8.77%,催化性能提升20.62%。     

Carbon black supported PtCu nanoparticles derived from mix-phased Cu precursor for high-performanced oxygen reduction reaction in acid medium

Alloying high-cost Pt with transition metals has been considered as an effective route to synthesize the electrocatalysts with low Pt loading and excellent activity towards oxygen reduction reaction (ORR) under acid solution. The galvanic replacement method, as featured with efficiency and simplicity, is widely reported to produce Pt-based bimetallic alloys and thereby declare the significance of reductive transition metal precursor on the enhancement of ORR performance. Herein, mix-phased Cu−Cu₂O precursor was applied to prepare carbon black supported highly dispersed PtCu alloy nanoparticles (PtCu/C). The proper Cu−Cu₂O ratios can exactly facilitate the generation of small sized PtCu alloy nanoparticles with regulated bimetallic content. Meanwhile, the Cu₂O phase is revealed to benefit the electron transfer from Pt to Cu and thus improve the intrinsic activity of Pt active sites. And the metallic Cu can favor the promotion of electrochemical active surface area. Consequently, the as-prepared PtCu/C behaves impressive ORR activity with half-wave potential of 0.88 V (vs. RHE) and mass activity of 0.49 A cm⁻² mg_Pt⁻¹ at 0.8 V, which is 9.8 times of commercial Pt/C catalysts. Our work will offer helpful advices for the development and regulation of novel Pt-based alloy materials towards diverse electrocatalysis.     

抗烧结Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂的制备和表征及其甲烷部分氧化制合成气性能

以乙酰丙酮铑(Rh(acac)_3)和乙酰丙酮钐(Sm(acac)_3)为前驱体,用浸渍法制备了Rh/SiO_2和Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。采用原位红外光谱、热重分析、低温N_2吸附、X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜、H_2-程序升温还原和X射线光电子能谱等实验技术对催化剂的制备过程,比表面积和物相以及Rh与Sm_2O_3间的相互作用进行了表征,并以甲烷部分氧化制合成气为目标反应对催化剂的稳定性进行了考察。研究表明:以Rh(acac)_3和Sm(acac)_3为前驱体采用简单的浸渍法即可制备出Rh平均粒径为2.3 nm且具有良好抗烧结性能的Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。在浸渍过程中乙酰丙酮化合物通过与SiO_2表面羟基形成氢键而负载于载体表面。Sm(acac)_3在SiO_2表面的单层负载量(质量分数)约为31%,对应于Sm_2O_3的质量分数约为15%,只要Sm(acac)_3的质量分数低于这一阈值,均可保证分解后生成的Sm_2O_3以高分散形式负载于SiO_2上,且不会因高温(800°C)焙烧而团聚。高分散于SiO_2表面的Sm_2O_3与Rh之间存在强的相互作用,可显著提高Rh的分散度,防止其在高温反应条件下烧结,进而使低Rh负载量的催化剂表现出良好的甲烷部分氧化制合成气反应活性和稳定性。     

固相配位化学反应研究(LXVII)─固－固相反应合成混配化合物

室温或近室温条件下,Co(acac)₂(H₂O)₂与第二配体2,2'-联吡啶、1,10-啡啰啉、8-羟基喹啉、水杨醛肟固相反应得到4个混配化合物,经XRD、IR、UV及元素分析表征了这些产物。     

三组Pt- Ru/C催化剂前驱体对其性能的影响

分别以三组不同的Pt和Ru化合物为前驱体, 采用热还原法制备了Pt-Ru/C催化剂, 比较不同前驱体对催化剂性能的影响；通过XRD和TEM技术对催化剂的晶体结构及微观形貌进行了分析. 结果表明以H₂PtCl₆+RuCl₃和自制(NH₄)₂PtCl₆+Ru(OH)₃为前驱体的催化剂Pt和Ru没有完全形成合金状态, 在Pt(111)和Pt(200)之间有Ru(101)存在；以Pt(NH₃)₂(NO₂)₂和自制含钌化合物为前驱体制备的催化剂未检测出Ru金属或其氧化物的衍射峰, Pt-Ru颗粒在载体上分散均匀, 粒径最小, 为3.7 nm. 利用玻碳电极测试了循环伏安、记时电流和阶跃电位曲线, 考核了上述催化剂对甲醇阳极催化氧化活性的影响；结果表明：以Pt(NH₃)₂(NO₂)₂和自制含钌化合物为前驱体制备的催化剂对甲醇的电催化氧化活性最高, 循环伏安曲线峰电流密度达11.5 mA•cm^-2.     

Homo- and hetero-bridged mixed-valence dinuclear complexes which contain the fragment ‘Rh(C6F5)3’

The reaction of the anionic mononuclear rhodium complex [Rh(C₆F₅)₃Cl(Hpz)]^t- (Hpz = pyrazole, C₃H₄N₂) with methoxo or acetylacetonate complexes of Rh or Ir led to the heterodinuclear anionic compounds [(C₆F₅)₃Rh(μ-Cl)(μ-pz)M(L₂)] [M = Rh, L₂ = cyclo-octa-1,5-diene, COD (1), tetrafluorobenzobarrelene, TFB (2) or (CO)₂ (4); M = Ir, L₂ = COD (3)]. The complex [Rh(C₆F₅)₃(Hbim)]⁻ (5) has been prepared by treating [Rh(C₆F₅)₃(acac)]⁻ with H₂bim (acac = acetylacetonate; H₂bim = 2,2′-biimidazole). Complex 5 also reacts with Rh or Ir methoxo, or with Pd acetylacetonate, complexes affording the heterodinuclear complexes [(C₆F₅)₃Rh(μ-bim)M(L₂)]⁻ [M = Rh, L₂ = COD (6) or TFB (7); M = Ir, L₂ = COD (8); M = Pd, L₂ = η³-C₃H₅ (9)]. With [Rh(acac)(CO)₂], complex 5 yields the tetranuclear complex [{(C₆F₅)₃Rh(μ-bim)Rh(CO)₂}₂]₂₋. Homodinuclear Rh^III derivatives [{Rh(C₆F₅)₃}₂(μ-L)₂]^·- [L₂ = OH, pz (11); OH, S^tBu (12); OH, SPh (13); bim (14)] have been obtained by substitution of one or both hydroxo groups of the dianion [{Rh(C₆F₅)₃(μ-OH)}₂]²⁻ by the corresponding ligands. The reaction of [Rh(C₆F₅)₃(Et₂O)_x] with [PdX₂(COD)] produces neutral heterodinuclear compounds [(C₆F₅)₃Rh(μ-X)₂Pd(COD)] [X = Cl (15); Br (16)]. The anionic complexes 1–14 have been isolated as the benzyltriphenylphosphonium (PBzPh₃⁺) salts.