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❖ 单组分催化剂铂
❖ 铂纳米粒子的大小和形状可控合成重要的燃料电池反应： 以常用研究PEM为例：他们在阳极和催化氧还原氧化氢反 应在阴极对铂表面催化剂往往是由电解质或羟基屏蔽因此， 对铂表面活性位数目减少催化剂的效率有限。对单晶铂的 研究电极氧还原活性显示，在不同的晶体不同方面。在硫 酸溶液中，（110）和（100）面远更积极比（111）面。 这是因为，在硫酸溶液中，[O-SO3]2可以绑定（111）比 对（110）或（100）面上的 Pt原子更强烈。然而，在高 氯酸溶液，这趋势是相反的。为了提高氧化还原活性，铂 催化剂每每与控制形状的结合强度，以减少铂原子之间的 吸附和电解质。最近，单分散铂纳米立方块，合成了 K2PtCl4同时减少在多元醇的方法。乙烯乙二醇的存在， 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和催化银离子的数量。 在相同 的反应，更多元化的铂纳米粒子形状控制达到了通过调整 在溶液pH值的十六烷基三甲基铵存在。
学位。同年他参加了布
朗大学的研究生院并一
直接受博士教授 Prof.Sun’s的指导。
他的研究方向是纳米材
料的合成和其应用，小 分子催化。
❖ Youngmin李在2006年 获得了高丽大学（汉城， 韩国）化学学士学位。 她一直在为化学博士学 位而努力。自2006年以 来，她的研究方向是合 成纳米材料和复合材料 其催化应用。
pdpt粒子由钯乙酰丙酮2铂在dmf乙酰丙酮2二甲基甲酰胺聚乙烯吡咯烷酮和碘化钠nai加热由此产生的均相溶液在150摄氏度需8小时合成乙酰丙酮盐发挥了关键作用燃料电池激活性和耐久性的要求导致以铂催化剂为基础的多组分核动力源的发展
活性纳米催化剂和 燃料电池的最新进展
由Vismadeb Mazumder, Youngmin Lee, 和 Shouheng Sun
❖ 图9显示了金铂催化剂的高分辨图像支持 碳和氧还原活性。 这种结构可以减少 大幅亏损的Pt表面面积超过时间在质子 交换膜燃料 环境。金是不是一个积极的催化剂上减少到 水。相反，过氧化氢的生成量在一两电子 减少。据认为， 这项活动提高来自 一个有效率溢出，进一步降低过氧化 氢为水。
❖ 图9。a）金铂/ C催化剂的TEM图像。b）极 化曲线（该复合催化剂前后30 000周期）。
❖ CuPt 纳米立方块（图7D）分别由铂（乙酰丙酮）2和铜（乙酰丙酮）2 反 应所得。FePt合金纳米粒子的组成依赖氧化还原活性 Fe63Pt37<Fe58Pt42<Fe54Pt46<Fe42Pt58>Fe15Pt85 >铂。FePt合 金纳米粒子，也活跃了甲酸阳极氧化。铂遵循一氧化碳通路在催化分 解 甲酸。对于铂基二元合金催化剂，铂和第二 金属的氧化催化发挥 不同的作用。据 双功能机制，第二是金属的作用是促进 游离水形成 氢氧吸附物种，然后作出反应 。以上讨论表明了以下的催化活性： Fe10Pt90 <Fe15Pt83?Fe42Pt58?Fe54Pt46> Fe58Pt42>铂。 CuPt NP系列与CuPt纳米立方块> CuPt纳米球>铂 在0.1 M高氯酸/ 1纳米球 M甲醇。
摘要：
❖ 这次论述的重点在纳米合成的最新研究进展，包含 以 铂，钯和金为基础的粒子催化剂以及复合粒子催 化剂。首先，在单组分铂，钯和金粒子合成新发展 进行了总结。然后关于制造化学合金及复合民用催 化剂旨在提高燃料电池反应的活性和耐久性进行了 概述。最后介绍了令人振奋的最新研究进展单组分 的非铂催化剂。在尺寸，形状和 和对氧还原和甲酸组成依赖性催化酸性氧化突出在 阴极氧还原和组成相关的催化 在阳极氧化甲酸突出 说明了潜力 新开发的燃料电池应用实用催化剂。
❖ 图1：示意图的燃料电 池装置的基础上氢
氧化和氧气消耗。在 结构，在阳极氧化释 放2e到阴极，以 消耗 1/2O2所形成的H+通过 质子交换膜向阴极移 动与氧结合生成水作 为唯一产物。
❖ 铂是使用最广泛的燃料电池催化剂，但成本和供应的限制 不允许其大规模应用。铂是一种昂贵和稀缺的金属。根据 对5千瓦Pt载量1克铂（2015年美国能源部的标），铂催 化剂的成本大约是燃料电池堆总成本的50％。2）铂催化 剂的CO中毒或其他污染物在氧化燃料。虽然有些铂合金 催化剂表现出增强CO的耐受性，仍然是限制铂催化剂整 体性能的主要因素。 3）铂催化剂的酸性不稳定。燃料电 池反应条件趋于放荡和凝聚。这将减少他们反应表面积， 其性能和恶化限制了它们的寿命。在纳米粒子的新发展 （NP）的合成，导致与控制的单分散粒子大小不同的形 成，形状，结构和粒子之间的相互作用。这种合成方法已 被广泛应用，使高性能NP应用于燃料电池的反应。样品 的尺寸，形状，和对氧还原和甲酸组成依赖性催化酸性氧 化突出，说明新开发的燃料电池应用NP方案催化剂具有 很大潜力。
正文：
❖ 介绍 燃料电池是一种电化学装置，利用氧化燃料在 阳极和阴极 消耗在空气中的氧产生 电力。该设备是在图1氢气 燃料。 产生的能量为热能和电能，可 作为一种替代能源来源，用 于许多电子电力 组件。许多研究工作一直致力于 研究高 效率燃料电池具有高能量制造 密度，低工作温度，低环境 影响等方面。在研究燃料电池，各种聚合物 电解质膜燃料 电池(PEMFCs)怎样将能源高效率的转化为电能具有非凡 的吸引力。在 PEMFCs，反应物可以是任何氧化物（空气） 在 阴极和氢气（图1;或酒精或甲酸）在阳极。该器件还包 括一个天然气和质子-不透水聚合物 电解质膜（PEM）。 最常用的膜 是四氟乙烯和Nafion膜。铂 催化剂固定在阳 极和阴极都在燃料电池 催化氧化燃料和氧还原反应。 主 要障碍之一燃料电池商业化 是双方的成本和可靠性问题阳 极和阴极 催化剂。在催化剂挑战的发展已闻名于世 并正 简要介绍如下：
❖ 单分散FePt合金纳米颗粒的 最初由热分解合成,在此合成 中二醇被用作 还原剂,油酸被用作 双表面活性剂。图7a是 600纳米的透射电子显微镜图像 Fe50Pt50核动力源。在 改善FePt合金工业合成过程中，更多的铁铂合金，必须对 成分控制再 合成。图显示了c） 代表3纳米的TEM图像 CoPt3核动力源。
❖ 图2：在透射电镜下a） 从银铂纳米立方块的图 像,b）由在两步生长机 制的氢还原铂（乙酰 酮）。
❖ 图3:a）铂纳米粒子多 面体，透射电子显微 镜图像b）截断5 nm的 铂纳米立方块，和c） 7 nm的铂纳米立方块。 插图：在高分辨图像
下铂粒子显示的距离 如（111）和（100） 两个晶面之间.
共同撰写。
解说人：马红杰 PB0720于 1996年获布朗大学化学 系博士学位，后在IBM 华盛顿研究中心做博士 后、首席科学家，2005 年，他进入布朗大学做 副教授，2007年晋升教 授，2008年被任命为布 朗大学分子纳米创新研 究院副主任。
❖ Vismadeb Mazumder 于2007年 St .Stephen’s College（新德里，印 度） 获理学士（荣誉）
❖ 图4。a）各种形状的铂粒子在10mV的扫描速度下 的潜力。 b）在氧气电流密度磁盘饱和不同铂催化 剂0.5M的硫酸在1600转的旋转速度作为一个潜在的 功能。 NHE的指的是正常的氢电极。
❖ 图5。a）4.5nm钯粒子的TEM图像。b）透射电镜的形象，
4.5nm Pd / C催化剂在醋酸治疗。 c）具体活动的甲酸所示的催化 氧化（b）和商业Pd / C催化剂。d）对甲酸氧化的具体活动 4.5nm的Pd / C和前后稳定性试验
❖ 铂钯合金化也成为热点，因为这两种金属有许多重要的催化反应。 PdPt合金粒子的 合成涉及沸石介导，微乳液和电化学沉积。PdPt粒 子由钯（乙酰丙酮）2，铂在DMF（乙酰丙酮）2 （二甲基甲酰胺）， 聚乙烯吡咯烷酮，和碘化钠（NaI）加热 由此产生的均相溶液在150 摄氏度需8小时合成，乙酰丙酮盐发挥了关键作用 。
❖ 3。单组分钯催化剂 ❖ 最新研究表明钯在PEM氧化与CO中毒抗性方面比铂更具有潜力。这激
发研究者的极大兴趣，进一步激活钯催化剂的燃料电池应用。在众多的 解决方案中，合成单分散粒子钯 很被看好。动力学增长机制产生的纳米 片，而热力学1导致二十面体，杆小粒子，和立方体。两原子核和核增 长率结晶度的关键因素在钯粒子最终的形状。当氧化刻蚀溴和铁离子的 结合对这一增长模式。然而，强大的表面活性剂如巯基或聚合物存在， 使得难以激活钯作为催化剂粒子。消除这些表面活性剂的应用往往造成 聚集或烧结，催化降解NP方案。单分散钯催化活性粒子合成了 。 ❖ 4.单组分金催化剂 作为一个潜在的非铂催化剂的燃料电池反应，金粒子也经常被研究。不 像铂和钯催化剂是酸适用电解质燃料电池，金触媒被发现是高度活跃在 碱性电解质对氧化还原。在早期电极研究，散装单晶金电极使用广泛， 显示出（100）比其他正常的晶面，或者（111）或（110）。电可激发 金催化剂的活性。然而，这是难以控制的大小或在这种情况下形态。最 近，金粒子与合成大小控制在3日和6纳米，和被发现将尺寸较小的金粒 子依赖更加积极地参与。金40nm的纳米立方块的制作了通过降低一定粒 径3H2O的在金种子中CTAB和L -抗坏血酸的存在。金粒子与混合作了一 定粒径5羟色胺在水溶液中，和多孔金被取消金银合金化制备。
❖ 图8。a ）钯铂树突透射电子显微镜图像。b） 钯铂树突氧化还原活性和市售的Pt / C催化剂 的比较。
❖ 铂纳米结晶在水相中首先与9纳米钯粒子的平均粒径为八 面体 作用，Na2PdCl4采用L -抗坏血酸。然后 这些被用作种子上长满了导致铂， 钯铂（图8A）款双金 属纳米枝晶。这些钯铂纳米枝晶 不需要特别处理，显示 2.5倍 在氧还原活性增强，而商业化的Pt / C 催化剂（图 8B项）。 在一两个金属纳米结构的协同作用目前 系统还 采用稳定的氧还原催化剂NP方案 条件。铂金团簇粒子沉 积表明， 铂金之间的相互作用和修改的Pt的电子结构 对 铂表面能较低，或更低的低洼铂d带状态。因此，在Pt表 面的稳定作用下 高氧化条件和制止在铂解散 柯酸不降低 氧化还原动力学。
6。工业复合催化剂
❖ 燃料电池激活性和耐久性的要求导致以铂催 化剂为基础的多组分核动力源的发展 。金属 纳米粒子分散在一氧化氮 中显示出众所周知 的协同作用往往使其表现出比单组分催化剂 更高的催化 活性。这是由于电子转移的界面 使其催化 活性增强 ，通过改变 两个金属粒 子电子结构 ，更好地体现在 哑铃状铂Fe3O4 的架构，铂 粒子和Fe3O4粒子有一个外延的 联系，其 表现为在碱性条件下氧化还原催化 活性大大提高。
❖ 5。合金催化剂 单结晶薄膜最近的研究表明，
一个早期过渡金属（M）以铂除了可以改变几何（铂铂键 长和配位数）和Pt的电子结构。因此，催化性能强的金属 的在次表层原子层。据认为，为了提高铂基合金催化剂，
并增加电子减少的机会，吸附于氢氧第二金属必须提供条 件，并使Pt受到削弱。可控大小与以MPT为基础的粒子组 成被作为燃料电池催化剂研究的重要方向。
❖ 图2a显示了传输电子显微镜（TEM）的Pt粒子图像。使得铂 粒子的形态也可以得到控制调整的Pt（乙酰丙酮）2浓度的 氢气氛（乙酰乙酰丙酮）。当0.005 M铂前驱体溶液采用甲 苯，铂纳米立方块获得了多分散。但是，大小/形状分布明显 改善，高浓度的铂盐0.05米（图2b）。经过二步增长机制， 提出了解释铂形成纳米立方块：对（111）面之后，初期生 长二次生长在（100）面。铂与单分散粒子的大小和形状一 般可以控制还准备通过高温铂（乙酰丙酮）减少了2在场的 油酸，1 -烯及Fe（CO）5。的大小和形状的Pt粒子控制的 反应在这铁（CO）的5进了铂（乙酰丙酮）2注射温度解决 方案。 Fe 180 8Cgave 3 （合）5，而它在160 8C条取得5 块，并在随后120 8C条3分钟1鈥ç控制加热到200 8C条造成 7纳米铂纳米立方块。图3和它的插图显示透射电镜和高分辨 率透射电镜（HRTEM）研究了由铁铂粒子图像（CO）的5 条作出介导的核和生长。少量存在的对Fe（CO）的5被认为 是实现这种转变的大小和关键板形控制。注射铁（CO）的5 在较低温度下（120 8C条）由速度缓慢的推动下缓慢加热后 核成长的过程中，导致热力学增长沿（111）以上（100） 面和立方体的形成。