Carbon nanotubes-Nafion composites as Pt-Ru catalyst support for methanol electro-oxidation in acid media

Carbon nanotubes-Nafion (CNTs-Nafion) composites were prepared by impregnated CNTs with Nafion in ethanol solution and characterized by FT-IR. Pt-Ru catalysts supported on CNTs-Nafion composites were synthesized by microwave-assisted polyol process. The physical and electrochemical properties of the catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), CO stripping voltammetry, cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA). The results showed that the Nafion incorporation in CNTs-Nafion composites did not significantly alter the oxygen-containing groups on the CNTs surface. The Pt-Ru catalyst supported on CNTs-Nafion composites with 2 wt% Nafion showed good dispersion and the best CO oxidation and methanol electro-oxidation activities.     

一种制备碳载高合金化Pt-Ru催化剂的方法

提出了在四氢呋喃(THF)和H₂O混合溶液中用一般的化学还原法在室温下制备碳载Pt-Ru(Pt-Ru/C)催化剂的新方法。与在纯水中制得的Pt-Ru/C催化剂相比，其Pt-Ru粒子的合金化程度高、平均粒径较小且相对结晶度低，因此，该催化剂对甲醇氧化的电催化活性远高于在纯水中制得的Pt-Ru/C催化剂。高合金化程度的原因是H₂PtCl₆和RuCl₃在THF和H₂O混合溶液中的起始还原电位相近。此外，在THF和H₂O混合溶液中，THF和H₂O的体积比的改变并不影响制得的Pt-Ru/C催化剂中Pt-Ru粒子的合金化程度，但对Pt-Ru粒子的粒径以及相对结晶度有较大影响。     

碳载体的O3处理对直接甲醇燃料电池Pt-Ru/C催化剂性能的影响

为了提高直接甲醇燃料电池阳极催化剂的催化活性, 利用O₃处理的Vulcan XC-72碳黑为载体, 制备Pt-Ru/C催化剂, 并与未经处理的Vulcan XC-72为载体制备的Pt-Ru/C催化剂的性能进行比较. 采用XPS和BET测试了O₃处理后碳粉表面的含氧浓度和比表面积, 结果表明, 随处理时间延长, 碳表面含氧浓度先减少后增加, 比表面积减小; 而随着处理温度升高, 比表面积增加, 含氧浓度先减少后增加. XRD, TEM方法对催化剂的结构及形貌的表征结果表明: O₃处理的碳黑为载体制备的Pt-Ru/C催化剂粒径均匀、分散性好. 在0.5 mol/L CH₃OH和0.5 mol/L H₂SO₄溶液中, 利用粉末微电极测试了循环伏安和稳态极化曲线, 结果表明: O₃处理碳粉为载体的催化剂比未经处理的碳粉为载体的催化剂的活性高. 研究了O₃处理碳粉的时间和温度对催化剂性能的影响, 电化学测试表明: 140 ℃处理6 min的碳粉为载体制备的催化剂对甲醇的电催化氧化活性最佳.     

固相反应法制备Pt-Ru/C催化剂对乙醇氧化的电催化活性研究

0引言近年来,直接甲醇燃料电池(DMFC)由于其燃料来源丰富、价格低廉、甲醇携带和储存安全方便等独特的优越性而越来越受到重视[1]。但是甲醇具有一定的毒性,因此要想实现DMFC在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域的应用,必须探索新的液体燃料以替代有毒性的甲醇。     

合金化程度对炭载Pt-Ru催化剂性能的影响

在含四氢呋喃(THF)的水溶液中, 室温下用NaBH₄还原H₂PtCl₆和RuCl₃制得Pt-Ru/C催化剂. 其Pt-Ru 粒子的合金化程度较高, 平均粒径较小, 相对结晶度较低. 因此对甲醇氧化的电催化活性远高于Pt-Ru 粒子的平均粒径和相对结晶度相似的, 而且Pt-Ru合金化程度低的商业化的E-TEK的Pt-Ru/C催化剂, 表明Pt-Ru的合金化程度对Pt-Ru/C催化甲醇氧化的电催化活性有很大的影响.     

四氢呋喃-水-乙醇三元溶液体系制备高合金化Pt-Ru/CMK-3催化剂

提出了在四氢呋喃(THF)、H2O和乙醇三元体系中用一般的化学还原法在室温下制备高合金化Pt-Ru/CMK-3催化剂的新方法. 与在纯水中制得的商品化ETEK催化剂相比, 其Pt-Ru粒子的合金化程度高、平均粒径较小且相对结晶度低, 因此, 该催化剂对甲醇氧化的电催化活性远高于在纯水中制得的Pt-Ru催化剂. 高合金化程度的原因是H2PtCl6和RuCl3在THF、H2O和乙醇三元溶液体系中的起始还原电位相近. 此外, CMK-3以其规整的二维有序孔道结构, 为直接甲醇燃烧电池(DMFC)中电子和物质的传输提供了方便的路径, 其巨大的比表面积也为Pt-Ru 纳米粒子的均匀分散提供了良好的载体.     

Pt-Ru/C催化剂在甲醇电氧化过程中的组成和结构变化

本文研究了Pt-Ru/C催化剂在甲醇电催化氧化过程中组成和结构的变化。结果表明:在扫描初期,Pt-Ru催化剂的表面处于富Ru状态,Pt-Ru催化剂显示出良好的协同效应,峰电位较低,峰电流密度也较小。随着扫描圈数的增加(1~35圈),催化剂表面Ru原子逐渐溶解,Pt-Ru协同效应减弱,峰电位逐渐增大;同时,随着Ru的溶解,催化剂表面Pt原子含量的增加,催化剂对甲醇氧化的峰电流密度逐渐增大。继续增加扫描圈数(36~80圈),催化剂表面Ru原子含量趋于稳定,但Pt原子发生表面重组,粒子粒径增大,从而导致催化剂对甲醇电氧化性能下降。     

三维结构氧化石墨烯载铂催化剂对甲醇电催化性能

喷雾干燥法制备具有三维结构的氧化石墨烯(PGO),在其表面进一步负载活性成分Pt,得到纳米Pt/PGO复合催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、透视电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等对催化剂的形貌和结构进行表征。结果表明,PGO具有类似于长4-6μm和宽2.0-3.0μm的三维纸团结构,平均粒径为4.2 nm的Pt纳米粒子均匀分布在其表面。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,Pt/PGO催化剂对甲醇呈现出更高的电催化氧化活性和稳定性。PGO所具有的三维结构和双功能作用机理有利于甲醇在铂表面的电催化氧化过程的发生。     

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。     

NiO增强Pt/C催化剂催化氧化甲醇活性的研究

本文基于NiO作为Pt催化甲醇助催化剂的思路,通过Pt纳米颗粒担载在NiO修饰的碳材料载体上制备了Pt/NiO-C催化剂,系统地研究了不同的NiO/C热处理温度对Pt粒径的影响,并重点探讨了Pt对NiO的质量比对催化氧化甲醇的影响。X射线衍射分析结果显示NiO和Pt均为立方晶系,且NiO的加入有利于主催化剂Pt形成较小的粒径,且经400℃热处理NiO修饰的C材料作为载体有利于Pt的有效分散。所获得的Pt/NiO-C催化剂的电化学活性在甲醇酸性溶液中通过循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)进行性能测试。CV测试结果显示以Pt/NiO重量比为4∶1的催化剂其电氧化甲醇活性最大,其峰值氧化电流密度达806 mA/mgPt,是Pt/C催化剂的1.64倍。CA测试结果显示Pt/NiO-C比Pt/C具有更好的抗CO中毒性能和稳定性。     

Preparation of PtSn_2–SnO_2/C nanocatalyst and its high performance for methanol electro-oxidation

PtSn_2-SnO_2/C nanocatalyst was prepared by co-reduction of Pt and Sn precursor at ca,15℃.The formation of PtSn_2-SnO_2 nanoparticle was determined by XRD,TEM and XPS characterization.This PtSn_2-SnO_2/C nanocatalyst exhibits stronger resistance to CO poisoning and effectively improves methanol electro-catalytic effect,up to 3 times than the commercial Pt/C catalyst.     

Characterization of Pt-Ru/C catalysts by X-ray absorption spectroscopy and temperature-programmed surface reaction

X-ray absorption spectroscopy (XAS) was employed to characterize carbon black supported Pt-Ru catalysts, which are commercially available to be utilized as the anode of polymeric-electrolyte-membrane fuel cells. Both Pt and Ru were found partially oxidized in the as-received form. Upon exposure to hydrogen at room temperature, the catalysts were completely reduced to the metallic state. The bimetallic nanoparticles on the Pt-Ru/C catalysts possess an inner core enriched in Pt, which is surrounded by a Ru-rich outer shell. Such a core–shell structure retained even at an elevated reduction temperature of 623 K. Temperature-programmed surface reaction (TPSR) was carried out to explore the reactivity of adsorbed CO toward hydrogen on various catalysts. Both the peak temperature of the TPSR profile and the amount of methane generated during the course of TPSR were sensitive to the surface composition of Pt–Ru nanoparticles. In combination of XAS and TPSR results, a slight difference in the nanostructure between two Pt-Ru/C catalysts was manifested.     

甲酸作直接甲醇燃料电池替代燃料

甲酸作直接甲醇燃料电池替代燃料;甲醇;甲酸;直接甲醇燃料电池;Pt-Ru/C催化剂     

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.     

中空树枝状三氧化钨载铂催化剂对甲醇的电催化氧化性能研究

采用水热法和牺牲模板法相结合制备具有中空树枝结构的三氧化钨载体(d-WO₃),在其表面进一步负载活性成分Pt,得到纳米Pt/d-WO₃复合催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和比表面积和孔结构分析(BET)等对催化剂的形貌和结构进行了表征。结果表明,三氧化钨具有长6 μm和宽2 μm的中空树枝状结构,孔径分布主要集中在20~120 nm,比表面积为24 m²/g,平均粒径为7.2 nm的Pt纳米粒子均匀分布在其表面。采用循环伏安和计时电流法研究了Pt/d-WO₃催化剂在酸性溶液中对甲醇的电催化氧化性能。结果表明,Pt/d-WO₃催化剂比Pt/C和Pt/WO₃催化剂对甲醇有更高的电催化氧化活性和稳定性。d-WO₃所具有的中空介孔结构和双功能作用机理有利于甲醇在铂表面的直接脱氢氧化过程。     

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。     

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.     

A high dispersed Pt0.35Pd0.35Co0.30/C as superior catalyst for methanol and formic acid electro-oxidation

Pt：Pd：Co ternary alloy nanoparticles were synthesized by sodium borohydride reduction under nitrogen, and were supported on carbon black as catalysts for methanol and formic acid electro-oxidation. Compared with Pt0.65C00.35/C, Pt/C, Pd0.65C00.35/C, and Pd/C catalyst, Pt0.35Pd0.35Co0.30/C exhibited relatively high durability and strong poisoning resistance, and the Pt-mass activity was 3.6 times higher than that of Pt/C in methanol oxidation reaction. Meanwhile, the Pt0.35Pd0.35Co0.30/C exhibited excellent activity with higher current density and higher CO tolerance than that of Pt0.6sCo0.35/C, Pt/C, Pd0.65C00.35/ C, and Pd/C in formic acid electro-oxidation.     

Pt-CeO2/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性

将CeO2溶胶与Pt/C催化剂机械混合制备了Pt-CeO2/C催化剂,研究了酸性条件下Pt-CeO2/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性。结果表明,与Pt/C催化剂相比,Pt-CeO2/C催化剂对甲醇展现出更好的催化活性。XRD和TEM测试结果表明,Pt-CeO2/C催化剂中Pt与CeO2的平均粒径均为3~4 nm。对CeO2含量不同的Pt-CeO2/C催化剂在CH3OH-H2SO4中进行循环伏安测试发现,Pt-CeO2/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性较高,其中Pt与CeO2质量比为1∶1时,催化剂的催化活性最高,对甲醇氧化的峰电流密度达到0.112 A/cm2。     

Pd-Fe/C催化剂中Fe的状态对氧还原电催化活性的影响

直接甲醇燃料电池;Pd-Fe/C催化剂;氧还原;合金化