耐甲醇碳载酞菁-铂纳米复合物催化电极

本文报导了一种H2Pc-Pt/C纳米复合物电化学催化剂,采用TEM、XRD、ICP对其组成与结构进行了表征. 在含有0.5 M甲醇的硫酸溶液中,H2Pc-Pt/C-Nafion?催化电极催化氧还原反应的起始电位比由商购Pt/C-JM与Nafion?制备的Pt/C-JM-Nafion?催化电极提高了200 mV,其催化氧还原反应的比活性是Pt/C-JM-Nafion?催化电极的7倍,表明其具有优良的耐醇性和对氧还原反应的高催化活性及良好的选择性. 不同于FePc,H2Pc与Nafion?在乙醇中不能形成可溶性配合物,H2Pc-Pt/C-Nafion?催化电极的耐醇性主要得益于H2Pc微晶的覆盖作用和H2Pc微晶/Pt边界上活性位点对氧还原反应的高催化活性及良好的选择性.     

Pt-Ru/GC电极对甲醇电催化氧化的研究

利用循环伏安法制备了Pt-Ru/GC电极并用于对甲醇的电催化氧化研究,考察了Pt、Ru原子比、沉积电位下限和沉积量对电极催化性能的影响,研究了电极催化性能的稳定性。结果表明Ru的加入对电极催化性能具有明显的改善作用,对甲醇的氧化电位范围明显变宽,氧化电流明显增大,电极的稳定性明显高于Pt/GC电极。在Pt、Ru原子比为1:1、沉积电位下限为-0.2V、沉积量为40r的条件下,Pt-Ru/GC电极对甲醇电催化氧化的性能最好。     

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.     

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.     

甲醇在不同结构氧化钨-Pt/C催化剂上的电催化氧化行为

采用水热法合成2种氧化钨（WO3）纳米材料,并利用XRD和电子探针显微分析仪（EPMA）进行了表征。 利用循环伏安法研究了Pt-WO3/C电极对甲醇氧化的电催化活性。 结果表明,Pt-WO3/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性优于Pt/C催化剂,且氧化钨质量分数为20%的Pt-氧化钨/C催化效果最好。 与青铜相氧化钨掺杂的Pt/C电极比较,掺杂焦绿石型氧化钨的Pt/C电极催化性能有很大提高,这是由于焦绿石型氧化钨表面具有较多OHads。 质量分数20%的Pt-焦绿石型氧化钨/C在0.5 mol/L CH3OH+1 mol/L H2SO4溶液中对甲醇氧化的峰电流密度达到87.2×10-3 A/cm2。     

碱性介质中铂/碳气凝胶电催化氧化甲醇

以间苯二酚和甲醛为原料,采用溶胶-凝胶法制备了碳气凝胶(CAs);以CAs为载体,利用乙二醇还原法制备了Pt/CAs催化剂;在碱性条件下,采用循环伏安法测定了Pt/CAs催化剂电催化氧化甲醇的活性,结果表明,Pt/CAs显示出高的甲醇氧化催化活性,在1.0mol.L-1 NaOH和1.0mol.L-1 CH3OH溶液中,其峰电流密度是商品Vulcan XC-72R负载Pt催化剂Pt/C的3.9倍,甲醇起始氧化电位比Pt/C的负移约100mV.     

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.     

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.     

Pt微粒修饰纳米纤维聚苯胺电极对甲醇氧化电催化

以脉冲电流法制备的纳米纤维状聚苯胺(PANI)为Pt催化剂载体，用它制备了甲醇阳极氧化的催化电极Pt/（nano-fibular PANI）.研究结果表明, Pt/（nano-fibular PANI）电极对甲醇氧化具有很好的电催化活性,并有协同催化作用.在相同的Pt载量条件下， Pt/（nano-fibular PANI）电极比Pt微粒修饰的颗粒状聚苯胺电极Pt/(granular PANI)具有更好的电催化活性.此外， Pt的电沉积修饰方法同样影响Pt/（nano-fibular PANI）电极对甲醇氧化的催化活性.脉冲电流法沉积Pt形成的复合电极较循环伏安法电沉积得到的Pt复合电极具有更优异的催化活性.     

Pt/γ-AlOOH纳米棒复合催化材料的制备与性能

水热法制备了γ-AlOOH纳米棒,再以此纳米棒为载体,通过浸渍-NaBH4还原法制备了Pt/γ-AlOOH催化剂,考察了Pt/γ-AlOOH室温催化氧化甲醛的性能及Pt负载量对催化性能的影响。通过XRD,XPS,TEM和N2吸附-脱附测试等手段对所制备的样品进行表征。研究结果表明:Pt/γ-AlOOH催化剂比Pt/γ-Al2O_3具有更高的催化活性,主要是由于前者表面具有丰富的羟基基团和高分散Pt纳米颗粒。Pt/γ-AlOOH催化剂的活性先随Pt含量(0.05%~0.5%(w/w))的增加而增加,最后基本保持不变。从催化活性和成本两方面考虑,0.2%(w/w)Pt为最佳负载量。     

碳纳米管负载金属卟啉电催化剂制备及其催化活性

采用微波合成法制备了多壁碳纳米管负载钴卟啉(CoTMPP/MWNT)电催化剂,利用透射电子显微镜对催化剂微观结构进行了表征,并通过旋转圆盘和旋转环盘技术对电催化剂的氧还原活性进行了评价.结果表明,与有机回流合成法制备的催化剂相比,微波法合成的CoTMPP/MWNT催化剂具有更好的氧还原性能,半波电位正向移动110mV;与多孔碳为载体的CoTMPP/BP2000催化剂相比,多壁碳纳米管为载体的CoTMPP/MWNT电催化剂的起始电位高10mV,还原电流损失低21%,表现出更好的氧还原活性和稳定性.在CoTMPP/MWNT电催化剂表面进行的氧还原过程中电子转移数为3·6,H2O2生成量为18%.MWNT独特的电子特性、强抗腐蚀能力及其与活性钴离子之间的相互作用有助于改善催化剂的氧化还原性能.     

Nitrogen‐Doped Carbon Nanosheets with Size‐Defined Mesopores as Highly Efficient Metal‐Free Catalyst for the Oxygen Reduction Reaction

Nitrogen‐doped carbon nanosheets (NDCN) with size‐defined mesopores are reported as highly efficient metal‐free catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR). A uniform and tunable mesoporous structure of NDCN is prepared using a templating approach. Such controlled mesoporous structure in the NDCN exerts an essential influence on the electrocatalytic performance in both alkaline and acidic media for the ORR. The NDCN catalyst with a pore diameter of 22 nm exhibits a more positive ORR onset potential than that of Pt/C (?0.01 V vs. ?0.02 V) and a high diffusion‐limited current approaching that of Pt/C (5.45 vs. 5.78 mA cm^?2) in alkaline medium. Moreover, the catalyst shows pronounced electrocatalytic activity and long‐term stability towards the ORR under acidic conditions. The unique planar mesoporous shells of the NDCN provide exposed highly electroactive and stable catalytic sites, which boost the electrocatalytic activity of metal‐free NDCN catalyst.     

Preparation and Catalytic Activity of Carbon Nanotube-Supported Metalloporphyrin Electrocatalyst

The multiwalled carbon nanotube-supported CoTMPP (CoTMPP/MWNT) electrocatalyst was prepared by the microwave synthesis method, and its microstructure was characterized using transmission electron microscopy. The electrocatalytic performance of CoTMPP/MWNT for oxygen reduction reaction (ORR) was evaluated by rotating disc electrode and rotating ring disc electrode technique. Compared with the CoTMPP/MWNT electrocatalyst prepared by the traditional organic reflux method, the one prepared by the microwave synthesis method showed better performance for ORR, and the half-wave potential exhibited a positive shift of 110 mV. Compared with CoTMPP/BP2000, the CoTMPP/MWNT electrocatalyst showed a 10 mV higher on-set potential and a 21% lower reduction current loss in ORR, indicating that the CoTMPP/MWNT electrocatalyst had higher catalytic activity and better stability than CoTMPP/BP2000. The number of exchanged electrons during ORR and the yield of peroxide were 3.6 and 18%, respectively. The high corrosion resistance and unique electronic property of MWNT, and the interaction between MWNT and active metal ions can efficiently improve the electrocatalytic performance of the CoTMPP/MWNT catalyst.     

Supercritical,Freezing and Thermal Drying Process of Resorcinol‐Formaldehyde Polymer based Nano‐carbons and their Highly Loaded PtRu Anode Electrocatalyst for DMFC

The capillary condensation is affected by micropore and nanopore of catalyst layer on fuel cell. Due to limitation of sluggish mass transport and electrocatalytic activity, to retain the pore skeleton of carbon and metal nanoparticles are very significant for enhanced utilizations of pore structure in electrochemical reaction. Besides, thickness of electrocatalyst layer is very crucial due to one of the factor affected by cell performance of direct methanol fuel cell. Highly loaded four Pt?Ru anode catalysts supported on resorcinol‐formaldehyde (RF) polymer based on meso‐porous carbons (80 wt.% Pt?Ru/carbon cryogel, 80 wt.% Pt?Ru/carbon xerogel and 80 wt.% Pt?Ru/carbon aerogel) and conventional carbon (80 wt.% Pt?Ru/Vulcan XC‐72) were prepared by colloidal method for direct methanol fuel cell. These catalysts were characterized by X‐Ray diffraction (XRD), High resolution transmission electron microscopy (HR‐TEM) and X‐ray photoemission (XPS). The results of CO stripping voltammetry, cyclic voltammetry (CV) and single cell test performed on DMFC show that Pt?Ru/carbon cryogel and Pt?Ru/carbon aerogel exhibits better performances in comparison to Pt?Ru/carbon xerogel and Pt?Ru/Vulcan XC‐72. It is thus considered that particle size, oxidation state of metal and electrochemical active surface area of these catalysts are important role in electrocatalytic activity in DMFC.     

原位合成氧化镍硼/石墨炔杂化材料用于提高光/电催化产氢性能

当今世界面临严峻的能源紧缺和环境污染问题,发展高效无污染的清洁能源替代传统化石能源成为近几十年科研工作者的研究热点.其中,氢能由于具有高燃烧值和产物无污染等优点成为理想的替代能源.光/电催化水分解产生氢气是最有效的制氢方法之一.目前,高活性的产氢催化剂仍以贵金属为主,但贵金属价格高昂和稀缺性等限制了其大规模应用,因此,...     

Underpotential Deposition‐Induced Synthesis of Composition‐Tunable Pt?Cu Nanocrystals and Their Catalytic Properties

Pt? Cu alloy octahedral nanocrystals (NCs) have been synthesized successfully by using N,N‐dimethylformamide as both the solvent and the reducing agent in the presence of cetyltrimethylammonium chloride. Cu underpotential deposition (UPD) is found to play a key role in the formation of the Pt? Cu alloy NCs. The composition in the Pt? Cu alloy can be tuned by adjusting the ratio of metal precursors in solution. However, the Cu content in the Pt? Cu alloy NCs cannot exceed 50 %. Due to the fact that Cu precursor cannot be reduced to metallic copper and the Cu content cannot exceed 50 %, we achieved the formation of the Pt? Cu alloy by using Cu UPD on the Pt surface. In addition, the catalytic activities of Pt? Cu alloy NCs with different composition were investigated in electrocatalytic oxidation of formic acid. The results reveal that the catalytic performance is strongly dependent on Pt? Cu alloy composition. The sample of Pt₅₀Cu₅₀ exhibits excellent activity in electrocatalytic oxidation of formic acid.     

Pt/纳米碳管空气电极氧还原反应的电催化性能

以不同质量比的铂、纳米碳管、活性炭为催化层制备空气电极并测定其稳态极化曲线和交流阻抗.研究发现,纳米碳管经硝酸处理后其氧还原反应性能得到提高,特别是将表面氧化后再沉积Pt,对氧的电还原反应影响更显著.以质量比4∶1的活性炭/纳米碳管载Pt制备的空气电极,在过电位ηc为500～600mV下,氧还原电流可达600～700mA·cm-2.EIS测试表明,纳米碳管载Pt后的欧姆极化阻抗和电化学阻抗均非常小.     

炭载Pt-Ag双金属催化剂对甲醇氧化反应的电催化

以NaBH4为还原剂,将K2PtCl6和AgNO3前体进行共还原制备了一系列具有不同组成的碳载PtmAg/C合金催化剂（m为Pt/Ag原子比,m为0.05～1.0）,在酸性介质中考察了该系列催化剂对甲醇氧化反应的电催化性能。 与单组分Pt/C催化剂相比,系列PtmAg/C催化剂呈现出较高的催化氧化甲醇的活性与抗CO毒化能力,而且该催化剂的性能与其组成密切相关。 随m值增加,PtmAg/C催化剂对甲醇氧化反应的质量比催化活性(MSA)、本征催化活性(IA)与稳定性均逐步增加,当m=0.5时催化活性达到最高,其MSA和IA分别是Pt/C催化剂的5.1和4.8倍。