Pt基有序金属间化合物氧还原催化剂研究进展
在结构上有序的金属间铂
在结构上有序的金属间铂-钴核-壳纳米粒子因其氧化还原电化学性质有着更强的活性和稳定性DeliWang1(, Huolin L. Xin2(), Robert Hovden3, HongsenWang1, Yingchao Yu1, David A. Muller3,4,Francis J. DiSalvo1 and Héctor D. Abruña1为了加强和优化纳米催化剂氧化还原反应的性能和耐久性在燃料电池的应用，我们超越了铂金属无序合金，并且描述了一类新的铂-钴纳米催化剂，它由以有序Pt3Co金属间化合物为核心并有2-3个原子层厚度铂金外壳组成。
这些纳米催化剂与无序的Pt3Co合金纳米粒子以及Pt/C相比在团体活性上有着超过200%的增长，在个体活性上有超过300%的增长。
到目前为止，这种在氧化还原反应中的团体活性在同样测试条件下的已报道文献中的铂-钴系列中是最高的。
稳定性实验展示了在5000个潜在周期后最小的活性丧失和有序的核-壳结构保持几乎完好无损，因为既定的原子尺度的元素的映射。
它的高活性和稳定性归因于富铂外壳和稳定金属间化合物Pt3Co内核的布局。
这种有序的纳米粒子为下一代燃料电池催化剂的性能优化提供了一个新方向。
氧化还原反应在阴极的反应迟缓是质子交换膜燃料电池商业化可行性的一个关键挑战，尤其是在运输上的应用。
在这方面，这是很大的兴趣去探索更积极地、有着比传统上采用的碳载铂纳米粒子更卓越的性能和耐久性的催化剂。
铂基双-和三-金属电催化剂已经有了相当大的进展，例如铂和3d过渡金属的合金，包括铁，钴，镍，铜，锆，锰。
其它方法包括铂在合适金属纳米粒子上的单层涂层和二元/三元纳米催化剂的去合金化。
最近，钙钛矿的应用，如四氧化三钴在氧化石墨烯上生长和碳纳米管-石墨烯复合材料已经被提出。
在这些催化剂中，铂-钴系列受到了相当大的关注因为它们相当高的氧化还原反应活性和在酸性环境中的稳定性。
《Pt增强铜基催化剂协同效应机理及其对CO优先氧化性能的研究》范文
《Pt增强铜基催化剂协同效应机理及其对CO优先氧化性能的研究》篇一一、引言随着工业的快速发展，环境污染问题日益突出，其中一氧化碳（CO）作为一种常见的空气污染物，对环境和人类健康构成了严重威胁。
因此，研究高效、稳定的CO氧化催化剂具有重要意义。
近年来，Pt增强铜基催化剂因其优异的催化性能和稳定性，在CO优先氧化反应中受到了广泛关注。
本文将重点探讨Pt增强铜基催化剂的协同效应机理及其对CO优先氧化性能的影响。
二、Pt增强铜基催化剂的制备与表征2.1 制备方法Pt增强铜基催化剂的制备主要采用共沉淀法、浸渍法、溶胶-凝胶法等方法。
本文采用浸渍法，将Pt负载于铜基载体上，通过控制浸渍时间和温度等参数，制备出具有不同Pt含量的催化剂。
2.2 催化剂表征利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对催化剂进行表征。
结果表明，Pt的成功负载使得催化剂的晶体结构发生了变化，同时Pt纳米颗粒在铜基载体上均匀分布。
三、Pt增强铜基催化剂的协同效应机理3.1 催化剂组成与结构的关系Pt与铜基载体之间的相互作用是形成协同效应的关键。
Pt的存在能够改变铜基载体的电子结构和化学性质，从而提高其催化性能。
此外，Pt纳米颗粒的大小、形状和分散度也会影响催化剂的性能。
3.2 协同效应机理Pt增强铜基催化剂的协同效应主要体现在以下几个方面：首先，Pt的引入可以提供更多的活性位点，促进CO的吸附和活化；其次，Pt与铜基载体之间的电子转移有助于提高氧物种的生成和迁移；最后，Pt与铜基载体之间的相互作用可以增强催化剂的抗中毒能力和稳定性。
四、Pt增强铜基催化剂对CO优先氧化性能的研究4.1 CO氧化反应性能测试在固定床反应器中进行CO氧化反应性能测试，考察不同Pt 含量的催化剂对CO氧化的催化性能。
结果表明，适量Pt的引入可以显著提高催化剂的活性，使CO优先氧化反应得以顺利进行。
4.2 反应条件对催化性能的影响反应温度、空速等反应条件对催化剂的催化性能具有重要影响。
Pt基有序金属间化合物氧还原催化剂研究进展
1. 引言
在全球能源危机以及环境问题不断恶化的严峻形势下，发展清洁与可再生能源已成为近年来世界各 国关心的重要议题。在各类可持续发展的新能源中，氢能因具有出色的比能量密度优势及广泛的技术适 应性，被认为是未来最具有发展前景的新能源之一。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFCs)技术，将氢和氧中的化学能直接转化为电能，是氢能利用最直接有效的方式[1]。近五十 年，PEMFCs 技术已得到迅速发展，目前最为广泛的应用就是作为电动汽车动力源，2014 年日本丰田公 司量产并商业化的燃料电汽车(Fuel Cell Vehicle, FCV) Mirai 标志着燃料电池商业化时代的到来[2]。
1上海市研发公共服务平台管理中心(上海市科技人才发展中心)，上海 2上海动力储能电池系统工程技术有限公司，上海 3华东理工大学机械与动力工程学院，上海
*通讯作者。
文章引用: 孙华, 戚頔, 刘辉, 邵雷军, 王晓霞. Pt 基有序金属间化合物氧还原催化剂研究进展[J]. 材料科学, 2019, 9(5): 479-488. DOI: 10.12677/ms.2019.95061
关键词
质子交换膜燃料电池，氧还原反应，电催化剂，金属间化合物
Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
金属间化合物是由两种或多种金属组元按比例结合形成具有不同于其它组成元素的长程有序晶体结 构，并且具有金属基本特性的化合物。与合金结构不同，在金属间化合物的晶格结构中，Pt 和 M 原子都 有序的占据晶格中相应格点，并以金属键或离子键相互作用，使整个晶体呈现出长程有序的晶系结构， 这种长程有序的结构使其具有特殊的催化特性[8]。根据不同原子比例，一般金属间化合物分为 Pt3M，PtM， PtM3 相，如图 1 所示。在 Pt3M 中(图 1(a))，Pt 原子占据正方体晶格六个面的中心位置，而 M 原子占据 正方体的八个顶点(PtM3 相反)；而在 PtM 中，Pt 与 M 按原子层交替排列(图 1(b)~(c))，这种原子排列具 有面心四方结构(face centered tetragonal, fct) [9] [10]。这种长程有序的结构不仅使过渡金属的调控作用得 到充分发挥，而且与铂原子形成的化学键能更加稳定过渡金属原子，使其不易在酸性条件下溶解，进而 更进一步的提高了催化活性和稳定性。近几年对 PtM 金属间化合物的研究结果均表明具有有序结构的金 属间化合物催化剂比无序结构的合金催化剂表现出更好的催化活性和稳定性。早在 2004 年，Abruña [11] 研究小组就报道了有序金属间化合物电催化剂在燃料电池中的应用，他们制备了一系列的 Pt 基金属间化 合物发现这些催化剂表现出比铂合金和纯金属铂更高的催化活性。
铂族金属作为催化剂的研究进展
铂族金属作为催化剂的研究进展催化剂是在化学反应中起催化作用的物质。
它可以改变反应的速率、方向和特异性；使反应条件降低；促进不同反应的进行等等。
铂族金属具有优异的催化性能，成为了各个领域不可或缺的催化剂。
铂族金属主要包括铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）、钌（Ru）、铱（Ir）和鲁尼姆（Os）等六种元素。
这些元素的化学性质相似，因此也有很多相同的应用领域。
下面我们将简要介绍铂族金属在几个典型应用中的研究进展。
1. 化学反应催化铂族金属在化学反应中的催化应用主要集中于有机合成过程中。
以铂族金属作为催化剂的有机合成反应主要包括：氢化反应、甲基化反应、羰基化反应、异构化反应和羟基化反应等等。
其中最为常见的氢化反应是以钯为主要催化剂，这一领域的研究也相对比较成熟。
不过，目前以铂为催化剂的化学反应研究仍在不断进行中。
研究人员发现，通过控制配体的选择和载体的结构等因素，可以提高铂族金属的催化活性和选择性。
2. 燃料电池燃料电池是将化学能直接转化为电能的一种设备。
铂族金属作为燃料电池的关键催化剂，在电极反应中发挥着至关重要的作用。
过去，燃料电池的制造成本非常高，限制了它的大规模应用。
但是随着新的制备方法和配料技术的不断发展，燃料电池的生产成本得到了大幅降低。
同时，钯和铂等铂族金属的使用也探索出了新的途径，如利用纳米材料等。
3. 污染物处理铂族金属是催化处理污染物的有效催化剂。
它们可以降解有害气体、处理废水、减少垃圾等。
其中，钯作为典型的污染物处理催化剂，广泛应用于车用废气处理、污水处理和垃圾处理等方面。
近年来，随着技术的不断改进，铂族金属也在逐渐开发出更高效的污染物催化处理方法。
综上所述，铂族金属作为重要的催化剂，应用领域广泛，发挥着不可替代的作用。
在未来，随着研究深入发展和产业化推广，铂族金属的应用价值仍将不断提高。
pt纳米团簇氧还原催化剂
PT纳米团簇氧还原催化剂一、引言随着全球能源需求的增长和环境问题的日益严重，寻找高效、环保的能源转化和储存技术成为当今科研领域的热点之一。
氧还原反应（ORR）作为重要的能源转化过程之一，在燃料电池、金属空气电池等领域具有广泛的应用前景。
然而，传统的贵金属催化剂（如铂）存在价格昂贵、稀缺性和耐久性等问题，因此迫切需要开发替代的高效、低成本的催化剂。
二、PT纳米团簇催化剂简介PT纳米团簇催化剂是一种新型的氧还原催化剂，由铂（Pt）纳米团簇组成。
纳米团簇是一种尺寸在1-2 nm的纳米材料，具有高比表面积和丰富的表面活性位点，能够提供更多的反应活性中心，从而提高催化剂的活性和稳定性。
三、PT纳米团簇催化剂的制备方法3.1 溶剂热法溶剂热法是制备PT纳米团簇催化剂的一种常用方法。
首先，将铂前体（如PtCl4）与溶剂（如乙二醇）混合，在高温下进行热处理，通过还原和聚集作用形成纳米团簇。
该方法具有简单、易操作和高产率的优点。
3.2 水热法水热法也是一种常用的制备PT纳米团簇催化剂的方法。
将铂前体与水混合，在高温高压下进行水热反应，通过还原和聚集作用形成纳米团簇。
该方法具有较高的控制性和可扩展性。
3.3 其他方法除了溶剂热法和水热法，还有许多其他方法可以制备PT纳米团簇催化剂，如微乳液法、溶胶-凝胶法等。
这些方法具有各自的特点和适用范围，可以根据具体需求选择合适的方法。
四、PT纳米团簇催化剂的氧还原性能4.1 活性PT纳米团簇催化剂具有优异的氧还原活性，比传统的铂催化剂更高。
这是因为纳米团簇具有高比表面积和丰富的表面活性位点，能够提供更多的反应活性中心，从而提高催化剂的活性。
4.2 耐久性PT纳米团簇催化剂具有较好的耐久性，能够在长时间的使用过程中保持较高的催化活性。
这是因为纳米团簇具有较高的稳定性和抗中毒性，能够有效地抵抗催化剂的失活。
4.3 选择性PT纳米团簇催化剂具有良好的选择性，能够实现高效的氧还原反应而避免不必要的副反应。
钛化物锚定Pt催化剂对氧还原反应稳定性的研究.
(a)
(b)
(c)
Pt2（111）稳定构型(a)Pt3 (111)稳定构型(b)Pt4(111)稳定构型(c)
2
Ptn(n=2,3,4)/TiC模型优化
(c)
(b)
图7(a)：稳定后Pt2/TiC（111）俯视图 (b)稳定后Pt3/TiC(111)俯视图 (c)稳定后Pt4/TiC(111)俯视图
钛化物锚定Pt催化剂对氧还原
反应稳定性的研究
院系：环境与化学工程学院 专业：11级精细化工 姓名： 指导教师：
目录
一、研究的目的与意义 二、计算模型与方法
三、研究的主要成果
四、结论
一、研究的目的与意义
图1 PEMFC工作原理 示意图
21世纪面临化石燃料消耗殆尽的危机。与传统的热机能 量转换相比，质子交换膜燃料电池(PEMFC)不受卡诺循环 的制约，成为新一代清洁能源。催化剂大多为Pt基催化剂。
平板模型 充分考虑到了周期性的边界条件。我们普
遍利用其周期对称性进行模拟计算，采用3-4层晶体来 模拟固体催化剂表面计算。当然层数越多，越接近真 实的晶体结构，但是会因层数过多造成繁重的计算量， 增加计算成本。 由于各单元在三维空间中周期性重复，为了避免或减 小周期结构中各个单元的相互作用，故用真空层隔开。 通常，我们设置其真空层大概为10 Å-15Å之间。
根据Pt与Ti同为d区元素的特点，从引入新型载体 方面出发，找到平均结合能较大的Ti系材料，提 升Pt基催化剂及其稳定性
二、计算模型与方法
量子化学处理固体表面化学吸附表面以及多相催化的 常用的模型有两种，簇模型和平板模型
Pt13
图2 Pt13的簇模型
图3 Pt(111)周期平板模型
簇模型是一种直观性强的切块形式。
PtNi合金的氧还原电催化性
PtNi合金的氧还原电催化性
2016-04-27 12:54来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
合金的制备图以贵金属单质Pt为阴极催化剂的燃料电池，其电催化性能及贵金属单质的消耗速率均不理想，将Pt与某些3d过渡金属合金化后，表现出较好的催化活性及稳定性，这主要是合金有序的原子排列和独特的电子结构及表面Pt的高富集性所决定的，通过合金化后，Pt合金的核壳结构，纳米颗粒形貌，高活性晶面结构，Pt原子的电子结构和几何结构均得到改变和裸露，成为当下研究燃料电池阴极催化剂重点关注的方向。
通过多元醇法制备了碳载无序PtNi合金纳米催化剂，在氮气的保护下进行制备，用氢气进行还原，得到的催化剂产物进行XRD，TEM，XPS表征，采用三电极体系的电化学测试，对目标产物进行形貌及性能评价。
可见到纳米合金颗粒均匀的分布在碳载体上，具有较高的结晶度，且电化学性能较高。
采用改进的多元醇法制备了高金属载量的PtNi/ C 合金催化剂, 经过450 益退火处理得到了有序的PtNi/ C 金
属间化合物, 该催化剂对氧还原表现出优良的催化活性和耐甲醇性, 长程稳定性也较好。
在0-9 V 电位下, 该催化剂的面积比活性比商业化的Pt/ C 催化剂提高2-3 倍,而经过3000次循环加速寿命测试后, 该催化剂的质量比活性和商业化Pt/ C 的初始性能相当. 金属间化合物PtNi/ C-450催化剂氧还原活性和耐久性的提高可归因于Pt 在催化剂表面的富集、金属间化合物独特的电子结构以及催化剂表面零价
金属含量的提高等因素.。
铂族金属催化氧还原反应机理研究
铂族金属催化氧还原反应机理研究第一章：引言氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction，简称ORR）是一种重要的电化学反应，被广泛应用于燃料电池、金属空气电池和其他能源转换设备中。
铂族金属（铂、钯和铑）催化剂因其出色的催化性能和稳定性而成为氧还原反应的首选催化剂。
因此，研究铂族金属催化氧还原反应的机理具有重要的理论和应用价值。
第二章：铂族金属的催化性能铂族金属具有优异的电催化性能，可以将氧气快速还原为水。
其具体性能与其表面晶格结构、晶面和晶格畸变等因素密切相关。
例如，铂具有较高的表面能以及表面可调控性，可以提供多种催化活性位点；铑则喜好侧向掺杂，能够形成缺陷位点提高反应速率；而钯则具有较好的电荷转移能力和低的CO中间体解离能力。
第三章：氧还原反应的机理研究方法研究ORR机理可采用实验和理论两种方法相结合。
实验方法主要包括电化学测试、原子力显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等表征技术，可以从催化剂的表面形貌、表面成分和反应动力学等方面揭示ORR机理。
理论方法主要包括密度泛函理论、电子结构计算和动力学模拟等，可以模拟ORR反应的催化活性中心、催化机理和反应路径等。
第四章：ORR的反应机理ORR机理可以分为直接还原路径和间接还原路径。
直接还原路径主要涉及氧分子的直接还原过程，可以通过铂族金属催化剂的表面吸附氧物种形成的活性位点进行。
间接还原路径主要涉及氧分子的间接还原过程，其中最重要的催化层面包含四电子过程和两电子过程。
催化层面的选择取决于催化剂表面的结构和吸附氧物种的反应能力。
第五章：铂族金属催化剂的优化与改进尽管铂族金属具有优异的催化性能，但其成本较高且稀缺，因此需要进行优化和改进。
一种方法是开发高效的铂族金属合金催化剂，通过合金化可以调节催化剂的表面性质和催化活性，提高反应速率和稳定性。
另一种方法是设计和合成非贵金属催化剂，如过渡金属氮化物、氧化物和硫化物等，以替代铂族金属催化剂实现氧还原反应。
pt基氧还原催化剂在质子交换膜燃料电池中 的应用
pt基氧还原催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用一、引言质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换设备，其独特的电化学反应机制被广泛应用于便携式电源、电动汽车、航空航天以及分布式发电等领域。
在PEMFC中，氧还原反应（ORR）是关键的电化学过程之一，它发生在电池的阴极，将氧气转化为水。
为了实现这一过程，需要使用催化剂。
在这篇文章中，我们将探讨Pt基氧还原催化剂在PEMFC中的应用。
二、Pt基氧还原催化剂的作用与特性Pt基催化剂是当前最常用的氧还原催化剂，其在PEMFC中扮演着关键角色。
在阴极侧，氧气通过扩散进入电池，然后在催化剂的作用下进行还原反应。
Pt基催化剂的活性、稳定性和抗毒性能等特性对电池的性能和寿命有着重要影响。
三、Pt基氧还原催化剂的应用1. 提升电池性能：Pt基氧还原催化剂可以显著提升PEMFC的性能。
它们能够加速氧还原反应速度，从而提高电池的电流密度和功率密度。
此外，催化剂还可以提高电池的稳定性，降低电池衰减的速度。
2. 优化电池设计：通过选择合适的Pt基催化剂，可以优化电池的设计，提高电池的效率和性能。
例如，可以通过调整催化剂的粒径和形貌，提高其比表面积和活性位点数量，从而提高催化活性。
3. 增强电池安全性：某些Pt基催化剂具有优秀的抗毒性能，可以抵抗燃料中的一些有害物质，如硫化物等。
这有助于提高电池的安全性，延长电池的使用寿命。
四、未来发展趋势和挑战尽管Pt基氧还原催化剂在PEMFC中表现出优异的性能，但其高成本和低稳定性仍然是限制其广泛应用的主要因素。
因此，未来的研究应致力于开发低成本、高活性、高稳定性的非贵金属氧还原催化剂，以替代Pt基催化剂。
此外，随着燃料电池技术的不断发展，对催化剂的性能要求也会不断提高。
因此，需要不断优化催化剂的设计和制备方法，以适应新的技术需求和市场变化。
五、结论Pt基氧还原催化剂在质子交换膜燃料电池中扮演着关键角色，对提升电池性能、优化电池设计以及增强电池安全性具有重要作用。
氧还原催化剂研究进展
氧还原催化剂研究进展摘要虽然经过半个多世纪对研究，人们对氧电极反应取得了很多原子、分子水平上的认识，但是对氧还原的高超电势的起源、催化剂的氧还原活性与结构的内在关系等问题,？还没有清晰的认识。
其主要原因是一方面氧还原反应是一个涉及4电子转移、多步骤的复杂反应, 人们在研究中并没有仔细考究常用于研究纳米电催化剂的氧还原反应活性的薄膜旋转圆盘电极技术是否切实可靠。
非贵金属氧还原催化剂是近年来低温燃料电池最受关注的研究热点之一。
本文回顾了燃料电池用非贵金属氧还原催化剂方面的研究进展，总结了提高催化活性和稳定性、降低催化剂制备成本、催化剂制备工艺和新型非贵金属氧还原催化剂设计等方面所取得的研究结果。
对非贵金属氧还原催化剂亟待解决的问题和发展趋势提出自己的看法。
关键词：燃料电池；非贵金属催化剂；氧还原反应；电化学性能AbstractHowever, no consensus on ORR mechanism and key factors which limits ORR ki'netics has been reached so far.This is probably due to, on one hand, ORR is a reaction involves 4 electron, multiple step complex process, on theother hand, some misunderstanding exists on using thin film rotating disk electrode method, the key teclmique used for evaluating nanocatalvsts activity for ORR.In recent years, non・precious metal oxygen reduction catalysts have gained particular interest for fiiel cells・This paper presents the research progress of non・precious metal oxygen reduction catalysts with focus on the effort to improve the activity and durability of the catalysts, to decrease cost of the catalysts, and to develop novel non-precious metal catalysts. The urgent problems and fiitiire research focuses for non-precious metal oxygen reduction catalysts are also proposed・Key words：fiiel cells；non-precious metal catalysts；oxygen reduction reaction；electrochemical performance绪论1・1氧还原电催化研究背景2013年初,中国的关键词之一是“雾霾二年初首都北京以及全国多地雾霾频发。
石墨烯载Pt-Ni合金催化剂制备及对氧还原反应催化性能研究
石墨烯载Pt-Ni合金催化剂制备及对氧还原反应催化性能研究刘双;李根;史博文;吕逍;郭明忠;娄长胜【摘要】在石墨烯负载Ni纳米颗粒上,采用原电池置换法制备石墨烯负载Pt-Ni 合金(Pt-Ni/G)催化剂,并研究Ni和Pt不同质量比对Pt-Ni/G催化剂结构和对氧还原反应催化性能的影响.实验结果表明,原电池置换法制备的合金催化剂纳米颗粒负载在石墨烯上,并且石墨烯上的Ni原子与置换溶液中Pt2+发生置换,形成Pt-Ni合金.当Ni:Pt质量比为1:10时,粒径为2.8nm左右,具有较大的电化学活性表面积56.9m2/g,起始电位0.8074V和半波电位0.6434V,表现为接近4e-转移过程的对氧还原反应且H2 O2产率低于10％.与Pt/C相比,Pt-Ni/G催化剂降低Pt含量且具有较好的对氧还原反应催化性能.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】5页(P6-10)【关键词】石墨烯;Pt-Ni合金;催化剂;催化性能【作者】刘双;李根;史博文;吕逍;郭明忠;娄长胜【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】O646随着时代发展，人类对能源的需求不断扩大，目前人类对能源主要还是依赖于化石能源，这类能源不可再生，地球上的储备有限，随之带来的更为严峻的问题是造成的环境污染，环境与能源问题显然已经成为当今人类所面临的两大重要问题[1-2]。
因此，寻求一种可再生的，绿色环保的能源成为全人类所要共同研究的课题。
当前的可再生清洁能源主要有风能、太阳能等，但依赖庞大的转换设备，或能量转换率较低，都不能成为被广泛使用的能源[3]。
Pt纳米线阵列的氧还原催化性能
Pt纳米线阵列的氧还原催化性能张敏;李经建;潘牧;徐东升【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2011(27)7【摘要】Platinum nanowire arrays (Pt NWs) catalyst was fabricated by electrodepositing with anodic aluminum oxide (AAO) as a template. The morphology and oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalytic properties of the as-prepared platinum nanowire array catalysts were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and electrochemical measurements. The cyclic voltammetry (CV) showed that the specific electrochemical surface area (ECSA) of the Pt NWs was much higher than the geometric area. The half wave potential in the oxygen reduction reaction curves of the Pt NWs was more positive than that of Pt/C from the rotating disk electrode (RDE) measurements. Moreover, Pt NWs catalysts give higher limiting diffusion current by comparison with that of conventional Pt/C catalyst.%采用阳极氧化铝(AAO)模板法电化学沉积制备了Pt纳米线阵列(Pt NWs)氧还原催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学测试对Pt纳米线阵列催化剂的形貌和电催化性能进行了表征.循环伏安法(CV)研究表明Pt纳米线阵列催化剂的电化学活性面积大于其几何面积;旋转圆盘电极(RDE)测试研究发现,制备的Pt纳米线阵列催化剂的氧还原反应(ORR)曲线的半波电势相对Pt/C的有正移,并且Pt 纳米线阵列催化剂的极限扩散电流比Pt/C大.【总页数】4页(P1685-1688)【作者】张敏;李经建;潘牧;徐东升【作者单位】武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉430070;北京大学化学与分子工程学院,分子动态与稳态结构国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871;北京大学化学与分子工程学院,分子动态与稳态结构国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871;武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉430070;北京大学化学与分子工程学院,分子动态与稳态结构国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871【正文语种】中文【中图分类】O646【相关文献】1.McPts纳米催化剂的电催化氧还原性能 [J], 梅艳;乐栋贤;刘世斌2.非负载Pt纳米颗粒催化剂的电催化氧还原性能研究 [J], 田甜;郑俊生;马建新3.CucorePtshell/C纳米催化剂电催化氧还原性能 [J], 梅艳;乐栋贤;刘世斌4.Pd 纳米线/Pt 纳米粒子复合材料的制备及其氧还原催化性能 [J], 陈妹琼;蔡志泉;张敏;郭文显;张燕;柳鹏;程发良5.高指数晶面和梯度组成的PtCu3@Pt3Cu@Pt纳米枝晶氧还原电催化剂性能 [J], 廖宇翔;李俊;张世明;陈胜利因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Pt电极表面共吸附层NO和CO氧化还原的CV及原位FTIR研究
图 2 Pt 多晶电极表面饱和吸附态 CO 在 0.1 mol L1 HClO4 溶液中的循环伏安曲线. 扫描速率: 50 mV s1
表面时 , 氢的吸脱附被抑制 . 同时可得 , CO 在 Pt 多晶电极表面的稳定吸附区间为 0.25 ~ 0.40 V, 与 文献报道结果一致 [21]. 当电位进一步扫描到 0.51 V 时, 吸附态 CO 被氧化. 电位回扫到 0.10 V 时, 可 观察到 Pt 电极的氢吸脱附特征峰 , 表明 CO 已在 高电位处被完全氧化.
99.999%) 30 min 以除去溶液中溶解氧, 测量时液面 始终处于氮气氛保护 . 电极电位参考饱和甘汞电极 (SCE). 所有实验均在室温下进行.
3
结果与讨论
3.1 Pt 多晶电极表面 NO 吸附及 CO 吸附的循环 伏安研究
图 1(A) 为 NO 饱和吸附的 Pt 多晶电极在 0.1 mol L1 HClO4 溶液中的循环伏安 (CV) 曲线, 扫描 速率为 5 mV s1. 对于 NO 饱和吸附的 Pt 多晶电 极, 当以开路电位 (0.60 V) 为起始电位负向扫描时 可得曲线 a, 从中可以观察到 PI、PII、PIII 和 PIV 4 个还原电流峰 , 分别位于 0.45、 0.016、 0.085 和
程前等: Pt 电极表面共吸附层 NO 和 CO 氧化还原的 CV 及原位 FTIR 研究
0.02 V. 曲线 b、c、d 为 Pt 多晶电极表面同一饱 和 NO 吸附层从开路电位依次负向扫描所得的分步 还原 CV 曲线 , 扫描下限 ( E L ) 分别选择在曲线 a 所得 4 个还原峰中相邻两还原峰峰位之间 . E L 为 0.25 V 时可观察到 0.45 V 处的 PI 峰 (曲线 b), EL 为0.05 V 时只观察到0.016 V 处的 PII 峰 (曲线 c), EL 为0.14 V 时只观察到0.085 V 处的 PIII 峰(曲线 d), 所得现象与相同情况下以硫酸溶液作为电解质相 同, 结合前期的研究工作[18, 19], 可得 PI、PII、PIII 峰 均为不可逆还原电流峰, PI、 PII 峰归属为线式吸附态 NO (NO L ) 的还原 , P III 峰归属为桥式吸附态 NO (NOB) 的还原 , PIV 归属为氢的吸附 . 同时可以观察 到 P II 、 P III 峰的还原电流密度比值 ( jP II / jP III ) 大于 1, 即电极表面 NOL 的量多于 NOB. 曲线 e 为 NO 饱和吸附的 Pt 多晶电极从开路电位正向扫描所得 氧化还原曲线, 可观察到位于 0.90 V 附近的氧化电 流峰和 0.085 V 处的还原电流峰, 前者对应于 NO 的氧化 , 后者与曲线 d 所得还原电流峰 (PIII) 的峰 电流密度和峰电位相同 , 说明其对应于 NO B 的还 原. 实验过程中控制电位在 0.60 至 1.2 V 区间循环 伏安扫描 50 周 , 在相应的负向扫描中观察到还原 电流峰未发生变化 , 表明 NO B 正向扫描到 1.2 V 时仍未能被氧化 . 曲线 b~d 和曲线 e 都对应于 Pt 多晶电极表面饱和 NO 吸附层, 通过对比这 4 条曲 线可观察到曲线 d 和 e 的还原电流峰基本重合, 而 曲线 b、c 为 NOL 的还原, 因而曲线 e 中 0.90 V 处的氧化电流峰归因于 NOL 的氧化. 综上可知, NO 以桥式位吸附时比较稳定, 且 NOB 只能被还原除去. 图 1(B) 为与图 1(A) 相同实验条件下扫描速率为 20 mV s1 所得的 CV 曲线. 在首次负向扫描时同时 观察到两个还原电流峰 , 由于吸附态 NO 的还原是 不可逆的, 因此其与扫描速率为 5 mV s1 时所得还 原电流峰相比峰位负移 , 在进一步的氧化扫描过程 中未见相关氧化电流峰的出现 , 而在第二次的负向 扫描时仍能观察到吸附态 NO 的还原电流峰 , 这说 明经过首次负向扫描还原后 Pt 电极表面仍残留部 分的 NO, 同时证明 Pt 电极表面吸附的部分 NO 是不易被氧化除去的. 图 2 为 CO 饱和吸附的 Pt 多晶电极在 0.1 mol L1 HClO4 溶液中的 CV 曲线, 扫描速率为 50 mV s1. 从图中可以观察到, 当 CO 吸附在 Pt 电极
用于氧还原反应的PtNi合金催化剂研究进展
用于氧还原反应的PtNi合金催化剂研究进展逄芳钊;姚陈思琦;李安金;赵盘巢;李继刚;易伟;何建云;蒋云波;陈义武【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2023(37)1【摘要】氧还原反应是质子交换膜燃料电池阴极催化反应的关键步骤。
氧还原活性趋势图(火山图)中,贵金属Pt超高的催化性能显而易见,因此目前氧还原性能最佳的商业化催化剂仍然是碳载铂(Pt/C)。
另一方面,Pt昂贵的价格也促使国内外研究者尝试开发Pt合金催化剂、非Pt催化剂等新型催化剂。
在开发低Pt催化剂过程中,通过添加过渡金属来改变d带中心是较普遍的解决方案。
研究者发现PtNi/C 催化剂的氧还原性能远超商业化Pt/C催化剂,但催化剂中的过渡金属Ni在酸性条件下易溶解,从而破坏反应环境,导致稳定性较差。
当前针对该问题的研究主要聚焦于调节催化剂晶面、表面应变以及组成结构,通过改变这些因素试图提高催化剂的电化学活性和耐久性。
其中,由Pt_(3)Ni(111)面封闭形成的八面体纳米颗粒已经被认为是很有前途的氧还原反应电催化剂,成为了PtNi双金属催化剂中的研究热点。
此外,对合金表面进行其他金属/非金属元素修饰,改善催化剂载体性质,也可以实现催化剂氧还原性能的提高。
本文综述了近些年用于氧还原反应的Pt-Ni基催化剂的研究现状,主要包括通过催化剂形貌调控来控制暴露晶面、对催化剂进行表面修饰,以及载体性能优化和选用新的载体等方面。
【总页数】9页(P154-162)【作者】逄芳钊;姚陈思琦;李安金;赵盘巢;李继刚;易伟;何建云;蒋云波;陈义武【作者单位】昆明贵金属研究所;东北大学理学院;西北有色金属研究院;中核四0四有限公司【正文语种】中文【中图分类】TG146.3【相关文献】1.Mn掺杂Co氧化物用于碱性氧还原与氧析出反应双功能催化剂2.用于氧还原反应的碳基负载金属单原子催化剂研究进展3.电沉积制备的PtNi纳米粒子用于氧还原反应:成核和生长机理4.富氧条件下烃类选择性催化还原NO_x研究进展——金属氧化物催化剂体系及NO还原反应机理5.用于氧还原反应的铂基催化剂研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于金属有机框架材料的氧还原催化剂研究进展
基于金属有机框架材料的氧还原催化剂研究进展任雨峰;栾伟玲;姜滔【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2022(36)19【摘要】燃料电池具有发电效率高、污染噪音小、运行可靠等优势,能够作为新能源汽车的主要动力来源,因此受到各国的广泛关注。
氧还原反应(ORR)作为燃料电池中重要的电化学反应,对催化剂有较高的要求,然而目前广泛使用的Pt催化剂存在高成本和低耐久性的问题,限制了新能源汽车的发展。
采用非Pt催化剂或低Pt催化剂可以实现在性能不变的前提下降低成本,是推进燃料电池汽车商业化应用的关键。
通过金属有机框架材料(MOF)研制的无金属催化剂和过渡金属催化剂可完全替代贵金属Pt催化剂,其中利用ZIF系列制备的MOF基Fe系和Co系催化剂是ORR研究的热点。
受非贵金属催化剂的启发,低Pt催化剂通过MOF实现负载或合金化,进一步提升了低Pt催化剂的电化学活性及耐久性。
本文就近期基于MOF材料的ORR催化剂研究进展进行综述,介绍了无金属催化剂、过渡金属催化剂和贵金属催化剂的研究现状及面临的挑战,为获得性能优越的ORR催化剂提供了技术支持。
【总页数】9页(P126-134)【作者】任雨峰;栾伟玲;姜滔【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM911.4【相关文献】1.基于金属有机框架(MOFs)材料的光催化CO2还原研究进展2.基于金属有机框架衍生的Fe-N-C纳米复合材料作为高效的氧还原催化剂3.纳米材料至原子材料调控金属氧还原催化剂的研究进展4.作为药物载体金属有机框架的功能化材料研究进展作为药物载体金属有机框架的功能化材料研究进展5.卟啉-硫醚基共价有机框架材料用于氧还原反应电催化剂因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Pt基金属氧化物复合催化剂的制备及性能研究的开题报告
Pt基金属氧化物复合催化剂的制备及性能研究的开题报告
题目：Pt基金属氧化物复合催化剂的制备及性能研究
一、选题背景与研究意义
Pt基催化剂在化学、环保、能源等领域具有广泛的应用，是制备氢气、进行脱氧、氧化和加氢反应等重要催化体系的核心材料。
Pt基催化剂的活性和稳定性对于制备高
效的催化体系至关重要。
近年来，提高Pt基催化剂的性能已成为研究的热点，而Pt与其他金属氧化物复合物的制备及性质研究也是目前的研究重要方向之一。
二、研究内容和研究方法
本课题将利用化学合成方法，制备Pt基金属氧化物复合催化剂，并对其物理化
学性质和催化性能进行研究。
具体研究内容包括：
1. 制备Pt基金属氧化物复合催化剂的合成方法优化和制备工艺探究；
2. 利用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等研究配位催化剂的化学结构、形貌、组成及表面氧化性质；
3. 借助各种催化反应体系考察Pt基金属氧化物复合催化剂的催化性能，以及活
性及稳定性变化的机理。
三、预期成果和意义
本课题在Pt基金属氧化物复合催化剂的制备方法、结构与性能之间的关系等方
面进行研究，旨在探明该类催化剂的催化性能和稳定性分析，为制备高效、可靠的Pt
基催化剂提供理论和实践基础。
同时，该研究对于开发新型高效的催化体系，优化工
业催化生产具有重要意义。
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材料科学
孙华 等
物从催化剂表面脱离，使反应顺利进行。Nørskov 等人[6]的计算显示，纯金属铂表面对于氧分子的结合 能过于强，应对铂催化剂进行合理调控，使其表面对氧气的吸附能比 Pt{111}晶面弱约 0.2 eV，以提高其 催化活性。基于这样的理论，PtM 合金催化剂被提出并广泛研究，其对于 ORR 催化活性的提高主要表现 在两个方面：几何效应和电子效应。一方面，由于过渡金属原子直径比铂原子小，合金化作用使原有的 铂-铂原子间距收缩(几何效应)；另一方面，由于过渡金属更容易失电子，使合金颗粒表面电子结构发生 改变(电子效应)。两者的协同作用有利于氧气分子在颗粒表面的双址吸附，以及反应产物的脱附，从而进 一步提高催化活性[7]。但是，在这类合金中，过渡金属原子以固溶体形式无序的掺杂在铂晶格中，原子 排列仍保持原有铂的面心立方结构(face-centered cubic, fcc)，合金催化剂所产生的几何效应和电子效应都 不均匀，因而催化活性的提高也有限。同时，无序的过渡金属原子排列使其在酸性条件下很容易从合金 颗粒中溶出，存在长时间循环过程中过渡金属溶解的问题，使催化性能迅速下降。
在燃料电池实际应用中，阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction, ORR)是一个动力学慢反应，其 反应速率直接决定了电池的性能，需要使用贵金属 Pt 作为催化剂[3]。然而 Pt 为稀有金属，全球储量有 限，价格昂贵，致使目前 PEMFCs 面临成本高的问题。另一方面，目前广泛使用的 Pt/C 催化剂在长时间 工作条件下存在纳米颗粒团聚、溶解、再沉积以及脱落的问题，使催化剂性能显著下降，电池稳定性能 不好。为了降低催化剂中 Pt 的用量，近年来国内外的研究热点为 Pt 与过渡金属 M (M=Fe, Co, Ni, Cu, Pd 等)形成的合金催化剂，目前已有许多合金催化剂的相关报导和综述性文章[3] [4] [5]，对其现状和发展方 向给予了评论。但是，在燃料电池阴极富氧和高电压的酸性条件下，合金催化剂中的过渡金属存在易溶 出，并污染质子交换膜的问题，使电池性能迅速衰减。近年来，一种新型的 ORR 催化剂——具有有序结 构的金属间化合物，因其表现出更高的催化活性和稳定性，吸引了国内外研究工作者的广泛关注。本文 将根据近些年对于这类催化剂的研究，从催化剂的组成、结构、性能三个角度出发，综述几类典型的金 属间化合物 ORR 催化剂的研究进展，并对其面临的挑战和发展方向给出一些展望。
Received: Apr. 28th, 2019; accepted: May 13th, 2019; published: May 20th, 2019
Abstract
Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), as a new type of environmentally friendly technology, will have widespread applications in the field of automobiles, distributed power stations and so on. However, high cost and low stability are the main issues, which block the further commercialization of PEMFCs. The high cost originates from the usage of Pt noble metal as oxygen reduction reaction (ORR) catalysts, which is the crucial factor on the performance of fuel cell. Herein, we review a novel kind of ORR catalysts, intermetallic compounds. The specific structural properties and the effect of transition metals composition on the catalytic activity and stability are introduced. Finally, the perspective on the development of Pt-based intermetallic catalysts and their application in PEMFCs are provided.
孙华 等 收稿日期：2019年4月28日；录用日期：2019年5月13日；发布日Байду номын сангаас：2019年5月20日
摘要
质子交换膜燃料电池作为新型绿色能源技术，在未来电动汽车及分散式电站等领域将有非常广阔的应用 前景。但目前制约燃料电池商业化的主要瓶颈是其高成本和低寿命，而贵金属氧还原催化剂的使用是成 本的主要来源，也是决定燃料电池性能的关键因素。本文综述了一种新型的氧还原催化剂——铂基金属 间化合物，介绍其结构特性以及过渡金属组成对氧还原催化反应活性和稳定性的影响，最后对铂基催化 剂的发展给出了展望。
Open Access
1. 引言
在全球能源危机以及环境问题不断恶化的严峻形势下，发展清洁与可再生能源已成为近年来世界各 国关心的重要议题。在各类可持续发展的新能源中，氢能因具有出色的比能量密度优势及广泛的技术适 应性，被认为是未来最具有发展前景的新能源之一。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFCs)技术，将氢和氧中的化学能直接转化为电能，是氢能利用最直接有效的方式[1]。近五十 年，PEMFCs 技术已得到迅速发展，目前最为广泛的应用就是作为电动汽车动力源，2014 年日本丰田公 司量产并商业化的燃料电汽车(Fuel Cell Vehicle, FCV) Mirai 标志着燃料电池商业化时代的到来[2]。
Keywords
Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs), Oxygen Reduction Reaction (ORR), Electroatalysts, Intermetallic
Pt基有序金属间化合物氧还原催化剂研究进展
孙 华1，戚 頔2，刘 辉2，邵雷军2，王晓霞3*
关键词
质子交换膜燃料电池，氧还原反应，电催化剂，金属间化合物
Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
3. Pt 基金属间化合物
3.1. PtFe 金属间化合物
金属间化合物因具有特殊的有序结构因而表现出优异的物理和化学性能，其早期应用主要是作为超 高密度磁性存储材料而吸引了广泛的关注。Shouheng Sun 等人于 2000 年报道了单分散 PtFe 纳米颗粒的 制备方法，在油酸和油胺混合溶液中，他们采用化学还原乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)和热分羰基铁(Fe(CO)5)的 方法，得到了无序结构的 PtFe 纳米颗粒。经过 500℃的热处理，无序结构转变为有序结构的 fct-PtFe 纳 米粒子[12]。他们继续研究了 fcc-PtFe 和 fct-PtFe 纳米颗粒在 0.5 M H2SO4 中的阴极氧还原催化活性，发
金属间化合物是由两种或多种金属组元按比例结合形成具有不同于其它组成元素的长程有序晶体结 构，并且具有金属基本特性的化合物。与合金结构不同，在金属间化合物的晶格结构中，Pt 和 M 原子都 有序的占据晶格中相应格点，并以金属键或离子键相互作用，使整个晶体呈现出长程有序的晶系结构， 这种长程有序的结构使其具有特殊的催化特性[8]。根据不同原子比例，一般金属间化合物分为 Pt3M，PtM， PtM3 相，如图 1 所示。在 Pt3M 中(图 1(a))，Pt 原子占据正方体晶格六个面的中心位置，而 M 原子占据 正方体的八个顶点(PtM3 相反)；而在 PtM 中，Pt 与 M 按原子层交替排列(图 1(b)~(c))，这种原子排列具 有面心四方结构(face centered tetragonal, fct) [9] [10]。这种长程有序的结构不仅使过渡金属的调控作用得 到充分发挥，而且与铂原子形成的化学键能更加稳定过渡金属原子，使其不易在酸性条件下溶解，进而 更进一步的提高了催化活性和稳定性。近几年对 PtM 金属间化合物的研究结果均表明具有有序结构的金 属间化合物催化剂比无序结构的合金催化剂表现出更好的催化活性和稳定性。早在 2004 年，Abruña [11] 研究小组就报道了有序金属间化合物电催化剂在燃料电池中的应用，他们制备了一系列的 Pt 基金属间化 合物发现这些催化剂表现出比铂合金和纯金属铂更高的催化活性。
2. 金属间化合物的有序结构与催化活性
对于纯铂催化剂的研究及 ORR 反应机理密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)计算表明，有 效氧还原催化剂表面的电子状态应既有利于氧气分子的吸附并促使 O=O 双键断裂，又有利于反应中间产
DOI: 10.12677/ms.2019.95061
Material Sciences 材料科学, 2019, 9(5), 479-488 Published Online May 2019 in Hans. /journal/ms https:///10.12677/ms.2019.95061
1上海市研发公共服务平台管理中心(上海市科技人才发展中心)，上海 2上海动力储能电池系统工程技术有限公司，上海 3华东理工大学机械与动力工程学院，上海
*通讯作者。
文章引用: 孙华, 戚頔, 刘辉, 邵雷军, 王晓霞. Pt 基有序金属间化合物氧还原催化剂研究进展[J]. 材料科学, 2019, 9(5): 479-488. DOI: 10.12677/ms.2019.95061