高负载率纳米Pt-Ru/C催化剂的制备和表征

以Vulcan XC-72R碳黑为载体, 通过在含十二烷基硫酸钠(SDS)的乙二醇溶液中直接还原氯铂酸和三氯化钌, 制备了负载率为60%的纳米PtRu/C催化剂. 透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析结果表明, SDS的加入可显著改善PtRu纳米颗粒在载体表面分散性, 平均粒径达到2.7 nm. 电化学循环伏安法(CV)测试的结果显示, 利用这种方法制备的纳米PtRu/C催化剂对于甲醇氧化具有较强的抗中毒能力和较高的电催化活性.     

Ultrafine PtRu Dilute Alloy Nanodendrites for Enhanced Electrocatalytic Methanol Oxidation

Dilute alloy nanostructures have been demonstrated to possess distinct catalytic properties. Noble-metal-induced reduction is one effective synthesis strategy to construct dilute alloys and modify the catalytic performance of the host metal. Herein, we report the synthesis of ultrafine PtRu dilute alloy nanodendrites (PtRu NDs, molar ratio Ru/Pt is 1:199) by the reduction of Ru^III ions induced by Pt metal. For the methanol oxidation reaction, PtRu NDs showed the highest forward peak current density (2.66 mA cm⁻², 1.14 A/mg_Pt) and the best stability compared to those of pure-Pt nanodendrites (pure-Pt NDs), commercial PtRu/C and commercial Pt/C catalysts.     

PtRu/C电催化剂上甲醇吸附氧化过程的电化学原位红外光谱

采用调变的多元醇法制备了高分散的Pt/C, PtRu/C和Ru/C电催化剂. XRD计算结果表明, PtRu/C电催化剂的平均粒径和合金度分别为2.2 nm和71%. 采用电化学方法和原位傅里叶变换红外反射光谱方法(in situ FTIRS)研究了甲醇在3种电催化剂上的吸附氧化过程, 发现PtRu/C对甲醇的催化活性明显高于Pt/C, Ru的加入一方面影响了甲醇在Pt上的解离吸附性能, 另一方面提供了Ru-OH物种, 从而抑制了低电位下电催化剂中毒. 红外光谱研究结果表明, 线性吸附态CO(COL)是主要毒化物种, 反应产物主要是CO2, 还有少量的甲酸甲酯. 根据实验结果讨论了甲醇在PtRu/C电催化剂上的氧化机理.     

制备条件对甲醇电氧化催化剂PtRu/CAs性能的影响

本文利用液相浸渍还原的方法制备了PtRu/C催化剂, 其中Pt质量百分含量分别为15%, Pt和Ru的原子比为2:1. 研究了金属前驱体于不同介质（CH3COOH、H2O及CH3COONa）中浸渍所制备的催化剂组成, 结构以及活性方面的区别. 同时比较分析了不同载体（碳纳米管CNTs与碳气凝胶CAs）对催化剂性能的影响. 催化剂的物化性质通过XRD, TEM以及EDS来表征, 并采用循环伏安法测试其电化学性能. 结果表明以碳气凝胶为载体,均匀分散于异丙醇与水混合溶液后, 加入CH3COOH, 使金属前驱体在酸性介质中浸渍, 再用NaOH调节pH值至碱性, 同时生成CH3COONa作为稳定剂, 然后再用NaBH4还原所制得的催化剂具有更高的电催化活性, 其峰电流密度达到38.24 mA/cm2, 远高于本文中在其他条件下制备的催化剂.     

碳载体对PtRu/C催化剂性能的影响研究

本文采用水热方法合成不同粒径和形貌的碳球,并将其作为载体,采用化学镀的方法制备PtRu/C催化剂;应用XRD、SEM和TEM对碳球及催化剂的结构和形貌进行表征。采用电化学方法测试不同形貌碳球的比表面积以及碳球担载催化剂的催化活性,结果表明,水热反应条件对碳球的粒径及形貌影响显著,三种碳球担载催化剂的活性按照以下顺序衰减：多孔的粒径约为100nm的碳球担载PtRu催化剂优于连体碳球优于直径约500nm的单分散碳球担载催化剂。TEM分析结果表明,在碳球表面化学镀的PtRu纳米颗粒均匀分散在碳载体表面,其平均粒径约为3nm。电化学测试表明粒径为100nm的多孔碳球的电化学比表面积较大,以这种碳球为载体的PtRu/C催化剂对甲醇氧化的催化性能较高。     

无表面活性剂Pt和PtRu纳米粒子制备及其甲醇氧化活性

利用一种简单的方法制备不含任何表面活性剂并具有高甲醇氧化活性的Pt和PtRu纳米电催化剂. 以CO为还原剂, CO和多壁碳纳米管(MWCNT_s)为保护剂和载体,通过一步反应得到沉积在多壁碳纳米管上Pt纳米粒子,在制备过程中无需使用任何有机溶剂或表面活性剂. 利用循环伏安法和计时电流法表征了所合成催化剂的甲醇氧化活性,甲醇氧化的峰电位(ca. 0.9 V vs. RHE)处的电流密度和比质量电流高达11.6 mA/cm² 和860 mA/mg_Pt. 在Pt/MWCNT_s表面电沉积Ru后,催化剂在低电位处的甲醇氧化活性得到提高,其在0.5和0.6 V的稳态比质量电流分别达到了20和80 mA/mg.     

利用原位红外光谱与微分电化学质谱联用技术研究在Pt以及PtRu电极上发生的甲醇氧化反应

利用电化学衰减全反射原位傅里叶变换红外光谱与微分电化学质谱联用技术,在流动电解池环境以及恒电位条件下研究了Pt电极和Pt电极通过表面电沉积Ru形成的PtRu电极(Pt_xRu_y)上发生的甲醇氧化反应(反应电解质溶液为0.1 mol/L HClO₄+0.5 mol/L MeOH). 在0.3～0.6 V(参比电极为可逆氢参比)实验用到的所有电极上,CO是唯一能从红外光谱观察到的与甲醇相关的表面吸附物;在Pt_0.56Ru_0.44电极上可以观察到CO吸附在Ru原子形成的岛上和CO线式吸附在Pt电极表面红外波段,而其他电极上只能观察到Pt表面上线式吸附的CO;甲醇氧化活性按Pt_0.73Ru_0.27>Pt_0.56Ru_0.44>Pt_0.83Ru_0.17>Pt的顺序递减;在0.5 V 时,甲醇在Pt_0.73Ru_0.27电极上的氧化反应的CO₂电流效率达到了50%.     

化学镀制备高性能直接乙醇燃料电池(DEFC)阳极催化剂PtRu/C和PtRuSn/C

应用化学镀方法,以活化-敏化处理的活性炭作载体,制备高分散催化剂PtRu/C和PtRuSn/C.XRD、TEM及电化学测试表明,该催化剂Pt、Ru、Sn形成合金.金属颗粒的平均粒径约为3 nm.PtRu/C和PtRuSn/C二者对乙醇的阳极氧化都具有良好的催化活性和稳定性.     

PtRu合金薄膜结构及其催化性能

采用离子束溅射技术(IBS)在碳纤维布基底上制备PtRu/C合金薄膜作为燃料电池电极催化材料. 应用XPS、XRD、GIXD、AFM等分析手段研究了PtRu薄膜表面的成分、化学状态、表面形貌以及PtRu薄膜的表层、次表层和体相的结构. 结果表明, 在双束离子沉积过程中, 由于溅射产生的Pt+和Ru+之间的相互作用, 使薄膜表面的化学状态和薄膜表层(15-40 nm范围内)结构发生了变化, 并影响PtRu薄膜的催化性能. 当xPt/xRu=0.64时, PtRu薄膜出现Ru固溶体在表层富集, 并在表层诱发形成Pt39Ru61非晶相.     

Electrocatalytic Oxidation of Methanol and Related Chemical Species on Ultrafine Pt and PtRu Particles Supported on Carbon

Well-homogenized PtRu/C electrocatalysts possessing high specific activity for methanol electro-oxidation were prepared by a co-impregnation method from carbon black and ethanolic solutions of Pt(NH₃)₂(NO₂)₂ and RuNO(NO₃) _x . The specific activity for methanol electro-oxidation increased with an increase in the PtRu particle size. A similar size effect was observed for Pt/C electrocatalysts. The size effect was discussed by considering a model catalyst method.