张贵荣
,
徐柏庆
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60546-4
使用旋转电极技术考察了一系列碳载金纳米颗粒(颗粒平均尺寸处在3～14 nm)在碱性电解质(0.5 mol/L KOH)中对氧还原反应的催化行为,随着金纳米颗粒尺寸由14nm下降至3nm,其对氧还原反应的本征活性和质量比活性均呈现持续走高趋势;但金颗粒的纳米尺寸对氧还原反应的机理及分子氧还原过程中的电子转移数目并无显著影响,使用高分辨透射电镜技术表征了金纳米颗粒的形貌,通过对金颗粒表面不同位置原子的比例进行估算,发现金颗粒表面高能原子所占比例与金对氧还原反应的本征活性密切相关,表明高能表面原子决定着金催化剂对氧还原反应的本征活性.此外,还将金纳米颗粒对氧还原反应的本征催化活性与其表面电子结构进行了关联.
关键词:
金纳米颗粒
,
尺寸效应
,
氧还原反应
,
表面电子结构
,
碱性电解质
严祥辉
,
张贵荣
,
徐柏庆
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60714-1
经过热解聚苯胺、碳和FeCl3的混合物制备的Fe-N-C材料在酸性电解质中对氧还原反应表现出高的催化活性；由于材料中不存在任何贵金属,因而被认为是一类新型非贵金属氧还原催化剂.然而这类催化剂在碱性电解质中催化氧还原反应的性能如何尚不清楚.本文使用旋转圆盘电极技术考察了制备的两个Fe-N-C催化剂在KOH水溶液中催化氧还原反应性能,发现这两个催化剂表现出比无金属的N掺杂碳材料更高的活性.与商业Pt/C催化剂相比,它们催化氧还原反应的起始电势和半波电势分别仅低60和40 mV左右,计时电流测试表明,它们比Pt/C催化剂显示出更好的稳定性.此外,在这两个Fe-N-C催化剂上的氧还原反应主要遵循四电子途径.本工作显示,Fe-N-C材料有望用于碱性燃料电池氧还原反应催化剂.
关键词:
铁-氮-碳
,
氧还原反应
,
阴极催化剂
,
聚苯胺
,
铁掺杂
,
碱性电解质
宋桂花
,
杨海芳
,
孙雅飞
,
王静怡
,
曲卫东
,
张强
,
马令娟
,
冯媛媛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62773-6
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.
关键词:
铂
,
氧化铁
,
助催化作用
,
甲醇电氧化反应
,
碱性电解质
姜鲁华
,
唐琪雯
,
刘静
,
孙公权
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60249-7
氧还原反应(ORR)是一个复杂的过程,尤其在碱性电解液中,炭载型催化剂表面的ORR路径尤为复杂,因为碳本身可以催化ORR以二电子转移过程发生,产生过氧化氢,继而过氧化氢或者发生化学分解生成氧气(HODR),或者发生电化学还原生成OH–(HORR)。本文详细研究了ORR在常用氧化锰催化剂表面的反应路径。通过比较HODR和HORR的转换频率发现,尽管利用旋转环盘电极方法得到的表观电子转移数接近4,真实的ORR主要是2电子过程,反应生成的过氧化氢继而大部分发生化学分解生成氧气。该结果有助于理解碱性电解质中炭载型过渡金属氧化物电催化剂对ORR的催化行为。
关键词:
氧还原反应路径
,
碱性电解质
,
碳载氧化锰电催化剂
