微波合成PtRuC纳米催化剂及其对甲醇电化学氧化性能
《2024年PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》范文
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》篇一一、引言近年来，随着环境问题的日益突出和能源资源的紧张，发展高效、环保的能源转换与存储技术成为了科研领域的热点。
其中，电催化技术以其高效率、低能耗、环境友好的特点受到了广泛关注。
作为电催化技术的核心材料，催化剂的合成及其性能研究成为科研工作者的研究重点。
PtCu双功能纳米催化材料因其在多种电化学反应中表现出优异的催化性能，引起了广大科研工作者的兴趣。
本文将围绕PtCu双功能纳米催化材料的合成方法及电催化性能进行研究。
二、PtCu双功能纳米催化材料的合成（一）材料制备方法PtCu双功能纳米催化材料的合成主要采用化学还原法。
该方法通过将适量的Pt盐和Cu盐溶解在适当的溶剂中，加入还原剂，在一定的温度和pH值条件下进行还原反应，得到PtCu合金纳米粒子。
通过控制反应条件，可以得到具有特定形貌和尺寸的纳米粒子。
（二）合成步骤1. 配置含有适量Pt盐和Cu盐的溶液；2. 加入适当的还原剂，如NaBH4等；3. 在一定的温度和pH值条件下进行还原反应；4. 通过离心、洗涤、干燥等步骤得到PtCu双功能纳米催化材料。
三、电催化性能研究（一）电化学测试方法本研究所采用的电化学测试方法主要包括循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）。
通过测试PtCu双功能纳米催化材料在不同电解质中的电化学行为，分析其电催化性能。
（二）电催化性能分析1. 甲酸氧化反应：在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中，测试PtCu纳米催化剂对甲酸氧化的催化性能。
结果表明，PtCu催化剂表现出优异的甲酸氧化性能，其氧化电流密度远高于商业Pt/C催化剂。
2. 氧还原反应：在碱性电解质中，测试PtCu催化剂对氧还原反应的催化性能。
实验结果表明，PtCu催化剂具有良好的氧还原活性，其反应动力学参数优于其他催化剂。
3. 稳定性测试：通过循环伏安法对PtCu催化剂进行多次循环测试，观察其电化学性能的变化。
微波合成Pd-C和Pd2Pt-C电催化剂及其对甲酸氧化的电催化性能
万方数据万方数据第７期肖玉风，等：微波合成Ｐｄ／Ｃ和Ｐｄ。
Ｐｔ／Ｃ电催化剂及其对甲酸氧化的电催化性能１３２９属纳米粒子并负载在碳载体上．图１是微波合成Ｐｄ／Ｃ、Ｐｄ２Ｐｔ／Ｃ和Ｐｔ／Ｃ纳米催化剂ＸＲＤ图．图１中在２０＝２５．１。
处的衍射峰对应于ＸＣ一７２碳的（００２）面．图１进一步显示，Ｐｄ／Ｃ纳米催化剂中Ｐｄ纳米粒子的衍射峰在２０＝４０．１。
（１１１）、４６．４。
（２００）、６８．１。
（２２０）、８２．１０（３１１）和８６．８０（２２２），为面心立方（ｆｃｃ）结构，与钯的标准衍射峰（ＪＣＰＤＳ０４—０８０２）一致；Ｐｔ／Ｃ纳米催化剂中Ｐｔ纳米粒子的ＸＲＤ衍射峰在２８＝３９．７。
（１１１）、４６．１０（２００）、６７．４。
（２２０）和８１．４。
（３１１），也为面心立方（ｆｃｃ）结构，与铂的标准衍射峰（ＪＣＰＤＳ０４—０８０２）一致；Ｐｄ：Ｐｔ／Ｃ纳米催化剂中Ｐｄ。
Ｐｔ纳米粒子的衍射峰在２６＝３９．９０（１１１）、４６．２。
（２００）、６８．０。
（２２０）、８１．９。
（３１１）和８６．７０（２２２），这些衍射峰的位置在Ｐｄ和Ｐｔ纳米粒子相应的衍射峰之间，这是由于在Ｐｄ和Ｐｔ之间形成了Ｐｄ：Ｐｔ合金，其晶体结构也是面心立方（ｆｃｃ）结构，这与文献［１４］报道一致。
根据Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式Ｄ。
＝０．９（Ａ／口）ＣＯＳ口（Ａ一０．１５４０５６ｎｍ，口为半峰宽，口为衍射角），可以估算Ｐｄ／Ｃ、Ｐｄ：Ｐｔ／Ｃ和Ｐｔ／Ｃ纳米催化剂的平均粒径为５．２、４．９和２．６ｎｍ．图１Ｐｄ／Ｃ、Ｐｄ：Ｐｔ／Ｃ和Ｐｔ／Ｃ催化剂的ＸＲＤ图Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＰｄ／Ｃ、Ｐｄ２Ｐｔ／ＣａｎｄＰｔ／Ｃｃａｔａｌｙｓｔｓ图２是微波合成Ｐｄ／Ｃ、Ｐｄ２Ｐｔ／Ｃ和Ｐｔ／Ｃ纳米催化剂的ＴＥＭ照片．可见，Ｐｄ、Ｐｄ：Ｐｔ和Ｐｔ纳米粒子具有均匀的粒径并高度分散地负载在ＸＣ一７２碳的表面，但是Ｐｄ和Ｐｄ。
Ｐｔ纳米粒子的粒径大于Ｐｔ纳米粒子的．图３是微波合成的Ｐｄ、Ｐｄ：Ｐｔ和Ｐｔ纳米粒子的粒径分布图．对于Ｐｄ／Ｃ纳米催化剂，Ｐｄ合金纳米粒子的平均粒径为５．４ｒｉｍ；对于Ｐｄ。
微流控合成高活性甲醇氧化碳载铂钌电催化剂
微流控合成高活性甲醇氧化碳载铂钌电催化剂孙墨杰;吕涛;徐维林【期刊名称】《应用化学》【年(卷),期】2018(035)005【摘要】报道了一种以微流控技术制备对甲醇具有高效电氧化催化活性的碳载PtRu催化剂(PtRu/C)的方法.通过改变反应液在微流控反应器中的流速,得到了一系列纳米粒径分布在1.4～2.0 nm范围内的PtRu/C催化剂.对这些催化剂进行电化学测试发现,当反应液以90 μL/min的流速流经微流控反应器时制得的催化剂具有最高催化活性.进一步研究发现,这是由于在该流速制得的催化剂具有较大的电化学活性面积和较高含量的Pt(0).该种制备催化剂的方法在能源转化和环境领域有望被广泛使用.%In this work,a microfluidic approach was reported for the synthesis of carbon-supported PtRu nanoparti-cles(PtRu/C)for high efficient methanol electro-oxidation.By varying the flow rate of reactants in the simple custom-made microfluidic reactor,a series of PtRu/C catalysts was obtained with size ranging from 1.4 to 2.0 nm.Electrochemical measurements show that the superior activity of catalyst obtained with flow rate of 90 μL/min for methanol electro-oxidation could be attributed to its large electrochemically active surface area(ECSA)and the high content of metallic Pt(0).This method for the preparation of catalyst holds great promise for potential applications in important energy conversion and environmental fields.【总页数】10页(P564-573)【作者】孙墨杰;吕涛;徐维林【作者单位】东北电力大学化学工程学院吉林吉林132012;东北电力大学化学工程学院吉林吉林132012;中国科学院长春应用化学研究所,电分析化学国家重点实验室长春130022;中国科学院长春应用化学研究所,吉林省低碳化学能源重点实验室长春130022;中国科学院长春应用化学研究所,电分析化学国家重点实验室长春130022;中国科学院长春应用化学研究所,吉林省低碳化学能源重点实验室长春130022【正文语种】中文【中图分类】O643【相关文献】1.低温液相合成甲醇高活性铜铬硅催化剂I.制备条件对催化剂反应活性的影响 [J], 王奎铃;储伟;何川华;罗仕忠;吴玉塘2.炭载铂族金属催化剂中铂、钯、铑、钌的化学分析进展 [J], 李青3.氯化钌氨作前驱体制备高活性的氨合成催化剂 [J], 倪军;王榕;林建新;魏可镁4.氧化锆负载氧化钌催化甲醇低温选择氧化合成甲酸甲酯的活性催化剂结构 [J], 李为臻;刘海超5.日本研发载铂的钛纳米管合成甲醇用催化剂 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Pt／C催化剂的制备及其对甲醇电催化氧化的研究
ＧＡＯ Ｓ ａ Ｆ ＮＧ Ｌ ｎ ｈ ｎ， Ｅ ａ ， Ｌ ｉ Ｃ Ｕ Ｈｕ ， ＨＥ ｉ－ ｉ Ｎ Ｊｎ ｗｅ ， ＪＡＮＧ Ｃ ｕ － ｉ ｇ Ｉ ｈ ｎ ｐｎ ， Ｐ ＥＮＧ Ｄ － ｕ ｎ Ｗ ＡＮＧ ｉ ｌ ｅｑａ ， Ｒｕ— ｉ ｎ
ｅ ｅ ｔｏ ａａｙ ｉ ｃｉ ｉ ｃ ｉｉｙｆ ｒｍｅ ｈ ｎ ｌｅｅ ｔｏ ｈｅ ｃ ｌｏ ｄ ｔｏ ｌｃ ｒ ｃ ｔｌｔｃ ａ ｔｖｔ ａ ｔｖｔ ｔ ａ ｏ ｌｃｒ ｃ ｍｉａ ｘｉａ ｉｎ． ｙ ｏ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｔ ｃ ｅａｅ ａ ｅ ｔ ｍｅ ｈ ｎ ｌ ｌｃｒ ｃ ｅ ｃ ｌｏ ｉ ａｉｎ ｃ ｃｉ ｏ ａ ｙ ｒ ｓ ＥＤ Ａ； ｈ ｌ ｔ ｇ ｎ ； ｔ ａ ｏ ｅ ｔ ｈ ｍｉ ａ ｘｄ ｔ ； ｙ ｌ ｖ ｈ ｍｍｅｒ ｅ ｏ ｏ ｃ ｔ ｙ
（ｏｌ ｅｏ ｔ ｉ ｓＳ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓｃｕ ｎＵ ｉｅｓ ｙ Ｃ ｅｇ ｕ ６ ６ ， Ｃ ｉ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ ａ ｃ ｎ ｅａ ｄＥ ｇｎｅｉ ，ｉ ａ ｎｖｒｉ ， ｈ ｎ ｄ ０ ５ ｈｎ ｅ Ｍａ ｒ ｌ ｅ ｎ ｈ ｔ １ ０ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｔ （ ０ ｔ ） ａ ｏ ａａｙｔ ｒ ｒｐ ｒｄ ａ ｄ ｒｐ ｓ ｄ ｆ ｓｌ ｙ ｔｅｒｄ ｃｉｎ ｏ ｈｏｏ ｌｔ ｉ ａ ｉ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｐ／ Ｃ ２ ｗ ． ｎ ｎ ｃ ｔｌｓｓｗｅｅ ｐｅ ａｅ ｎ ｅ ｏ ｅ ｒｔ ｂ ｈ ｅ ｕ ｔ ｆｃ ｌｒｐａｉ ｃ ｃｄ ｗｉ ％ ｉ ｙ ｏ ｎ ｈ
催 化氧 化研 究结 果表 明 ， ｐ ＝ ２５时制备 的催化 剂对 甲醇 的 电催 化氧 化 活性 最 高 。 在 Ｈ １． 关键词 ： 乙二 胺 四 乙酸 ； 螯合 剂 ； 甲醇 电催 化 氧化 ； 环伏 安 循
XC-72碳和碳纳米管负载PtRu纳米粒子的微波快速合成及其对甲醇的电化学氧化
XC-72碳和碳纳米管负载PtRu纳米粒子的微波快速合成及其对甲醇的电化学氧化陈卫祥;赵杰;LEE,Jim-Yang;刘昭林【期刊名称】《化学学报》【年(卷),期】2004(062)017【摘要】利用微波辐射加热技术快速合成了XC-72碳和碳纳米管(CNTs)负载的PtRu合金纳米粒子,合金负载的质量分数为20%,Pt和Ru的原子比接近于1:1.透射电镜观察表明微波合成的PtRu合金纳米粒子具有细小的粒径和狭窄的尺寸分布,所合成的PtRu合金纳米粒子高度分散在XC-72碳和CNTs的表面,其平均粒径分别为3.3 nm和2.8 nm.电化学实验表明微波合成的PtRu/XC-72和PtRu/CNTs 纳米催化剂比用湿化学方法以KBH4还原制备的催化剂对甲醇的电化学氧化具有更高的催化活性.【总页数】5页(P1590-1594)【作者】陈卫祥;赵杰;LEE,Jim-Yang;刘昭林【作者单位】浙江大学化学系,杭州,310027;新加坡国立大学新加坡-麻省理工学院联合体,新加坡,117576;浙江大学化学系,杭州,310027;新加坡国立大学新加坡-麻省理工学院联合体,新加坡,117576;新加坡国立大学化学与环境工程系,新加坡,119260;新加坡材料研究与工程所,新加坡,117602;新加坡材料研究与工程所,新加坡,117602【正文语种】中文【中图分类】TM911.4【相关文献】1.Pt/CNT纳米催化剂的微波快速合成及其对甲醇电化学氧化的电催化性能 [J], 陈卫祥;韩贵;LEE Jim Yang;刘昭林2.碳负载尺寸可控的铂纳米粒子微波合成和表征 [J], 赵杰;陈卫祥;李翔;郑遗凡;徐铸德3.有序介孔碳的微波快速合成和表面修饰及其负载性能 [J], 王道军;王涛;周建华;孙盾;狄志勇;何建平4.微波合成PtRu/C纳米催化剂及其对甲醇电化学氧化性能 [J], 陈卫祥;俞贵艳;赵杰;LEE Jim-Yang;刘昭林5.微波合成碳负载纳米铂催化剂及其对甲醇氧化的电催化性能 [J], 陈卫祥;LEE, Jim-Yang;刘昭林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纳米催化剂的微波快速合成及其对甲醇电化学氧化的电催化性能
Table 1 Electrochem ica l performances of m ethanol electroox id iza tion over Pt CNT ca ta lysts
C a ta ly st
MW 2P t CN T [w (P t) = 9. 4% ] MW 2P t CN T [w (P t) = 18. 1% ] E2T EK P t C [w (P t) = 18. 8% ]
将 1. 0 mL (或 0. 5 mL ) 的 0. 05 m o l L H 2P tC l6·6H 2O (A. C. S. R eagen t Sigam a2A lrd ich 公司) 水溶 液和 0. 4 mL (或 0. 2 mL ) 的 0. 4 m o l L KOH 加入到含有 25 mL 乙二醇 (M allinck rodt, A. R. 级) 的 100 mL 的烧杯中, 再加入 0. 04 g CN T , 在超声波作用下充分混合均匀. 把烧杯置于微波炉 (N ational, 2 450 M H z, 700 W ) 中加热 50 s, 然后过滤, 用丙酮充分洗涤, 于 12 ℃真空干燥过夜. 在 JEOL JSM 2 5600LV 扫描电子显微镜上用 EDX 测试样品中金属铂的含量; 在 JEOL JEM 2010 电子显微镜上进行 透射电镜观察, 加速电压为 200 kV. 1. 2 电化学实验 在 EG & G m odel 273 上, 用循环伏安法测试 P t CN T 催化剂对甲醇电化学氧化的 催化性能. 将少量的 P t CN T 催化剂和 N afion 溶液与蒸馏水混合均匀, 涂在玻碳电极上作为工作电 极, 具体实验过程参见文献[ 11 ]. 以饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极, 电解质溶液为 2 m o l L CH 3OH 1 m o l L H 2SO 4 的水溶液. 2 结果与讨论
PtRu_C纳米催化剂对乙醇的电氧化性能_乔芸
第39卷第3期2011年6月浙江工业大学学报JO U RN A L OF ZHEJIA N G U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GY V ol.39N o.3Jun.2011收稿日期:2010-01-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(20476097);浙江省国际合作重大科技专项项目(2008C14040)作者简介:乔 芸(1986)),女,河南新乡人,硕士研究生,研究方向为燃料电池,E -mail:qyvec@.通信作者:马淳安教授,E -mail:s cien ce@z .PtRu/C 纳米催化剂对乙醇的电氧化性能乔 芸,褚有群,陈赵扬,马淳安(浙江工业大学绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地,浙江杭州310032)摘要:以商用炭黑V ulcan XC -72R 为载体,硼氢化钠为还原剂,采用浸渍法制备了PtRu/C 催化剂,采用XRD,T EM 及H RTEM 等手段对催化剂的晶体结构和粒径大小进行了表征.结果表明:采用浸渍法制备的PtRu/C 催化剂和Pt/C 催化剂均表现为Pt 的fcc 晶体结构;PtRu/C 催化剂中的金属颗粒粒径小于Pt/C 催化剂,其平均粒径约为4.3nm,因而具有更大的反应表面积.用循环伏安,恒电位极化及CO 溶出伏安法考察了上述两种催化剂对乙醇氧化的电催化性能.结果表明:相对于Pt/C 催化剂而言,PtRu/C 催化剂具有更强的抗CO 中毒能力,对乙醇的氧化具有更高、更稳定的电催化性能,乙醇在PtRu/C 催化剂电极上正向氧化反应的表观活化能为17.66kJ/mo l.关键词:浸渍法;PtRu/C;乙醇;电氧化中图分类号:O646 文献标识码:A文章编号:1006-4303(2011)03-0247-05Electro -oxidation activity of ethanol on PtRu/C nanocatalystQIAO Yun,CH U You -qun,CH EN Zhao -y ang,M A Chun -an(State Key Lab oratory Breeding Base of Green Chemistry -Synthesis T echnology,Zhejiang University of Techn ology,H angz hou 310032,Chin a)Abstract:T he PtRu/C cataly st w as pr epar ed by the impr eg nation method using Vulcan XC -72R as the substrate and so dium boro hy dride as reductive agent.X -ray diffraction (XRD)analy sis,tr ansm issio n electron m icroscopy (TEM )and hig h -resolution transmission electron micr oscopy (H RT EM)w ere used to characterize the cry stallinity and particle size of the catalyst.The results show that both the PtRu/C and Pt/C cataly sts prepared by the sam e im pregnatio n m ethod have platinum fcc pared to the Pt/C catalyst,the PtRu/C catalyst ex hibits hig h active specific surface area for its sm aller metal particle size w hich is about 4.3nm.T he electro cataly tic activ ity o f the tw o catalysts fo r ethanol electroo xidation w ere characterized by the cyclic voltramm etry ,chro no am perom etry and CO stripping voltammetry.It w as found that the PtRu/C catalyst had stronger ability of ant-i poiso ning and also ex hibited better and more stable electro catalytic activ ity tow ards ethanol electroox idation than Pt/C cataly st because of the addition of Ru.Kinetic analysis show s that the apparent active ener gy of the electro de process is 17.66kJ/mol.Key words:impregnation m ethod;PtRu/C;ethanol;electro -o xidation近年来,直接甲醇燃料电池(DMFC)由于具有燃料补充方便、价格廉价、能量密度高等优点受到人们的广泛关注[1-2].迄今为止,DM FC 的发展仍受制于高性能电催化材料和高阻醇性能质子交换膜等关键材料的缺乏,严重限制了DM FC 的应用领域,从而使得甲醇替代燃料的研究成为燃料电池领域的一个热点[3-4].乙醇具有毒性小、能量密度高和来源丰富等突出的优点,被认为是一种理想的甲醇替代燃料[5].但与甲醇相比,乙醇分子中含C -C 键,要使C -C 键断裂并氧化成CO 2比较困难.因此,高活性电催化剂的研究成为乙醇燃料电池研究中的关键课题[6-7].PtRu 等铂族合金对乙醇的氧化也表现出了良好的电催化活性[8-9],但对铂基合金上乙醇电催化氧化方面研究的系统性和深度远不及甲醇电氧化体系.为此,我们采用浸渍法制备PtRu/C 催化剂,采用循环伏安、恒电位极化及CO 吸附试验等电化学手段,对PtRu/C 和Pt/C 两种催化剂乙醇氧化反应的催化性能进行了对比,同时考察了电解液温度对PtRu/C 催化剂催化活性的影响,以期对直接乙醇燃料电池的应用提供一定的实验和理论基础.1 实验部分1.1 试 剂Vulcan XC -72R 活性碳(Cabot 公司),质量分数5%的N afion 溶液(美国Aldrich 公司),H 2PtCl 6#6H 2O(上海化学试剂有限公司),RuCl 3#xH 2O (上海同纳环保科技有限公司),CH 3CH 2OH (浙江中星化工试剂有限公司),NaOH (杭州萧山化学试剂厂),NaBH 4(天津市化学试剂研究所),所用试剂均为分析纯.所有溶液均用去离子水配制.1.2 催化剂的制备PtRu/C 催化剂的制备:取适量的Vulcan XC -72R 加入到乙醇和水(体积比为1B 3)的混合溶液中,超声分散均匀,磁力搅拌下逐滴加入H 2PtCl 6水溶液(0.005mol/L)和RuCl 3水溶液(0.005mol/L),分散均匀后,用N aOH 溶液调节pH 值为碱性,加入过量的NaBH 4溶液,90e 下反应数小时,冷却至常温后用去离子水洗涤数次,反复洗涤至无氯离子存在,80e 下真空干燥,制得PtRu/C 催化剂(其中Pt 的质量分数为10%,n (Pt)B n (Ru)=1B 1).Pt/C 催化剂制备:采用与上述相同的方法,制得Pt/C 催化剂(其中Pt 的质量分数为10%).1.3 样品的表征SCIN TAGX c TRA 型X 射线衍射仪(美国热电公司),CuK A 靶,管流40m A,管压45kV,扫描速度5b /min,扫描范围15b ~80b .X 射线能谱(EDS)是采用配有T her mo NORAN VAN TAGE EIS 型X 射线能谱仪的H itachi S -4700II 扫描电子显微镜进行收集.JEM -2010Ex 型高分辨透射电子显微镜(日本JEOL 公司),操作电压为200kV.1.4 电极的制备将制得的催化剂与乙醇和质量分数5%的Nafio n 溶液按照质量比为1B 158B 25配制成催化剂浆液,移取10L L 浆液,滴加到直径为3mm 的玻碳电极表面,再移取5L L 质量分数5%的N afion 溶液滴至电极表面,于80e 下烘干,制得工作电极(其中Pt 的载量为62L g/cm 2).1.5 电化学测试电化学测试采用常规三电极体系在CH I660C 电化学工作站(上海辰华仪器公司)上进行实验,Pt 片作为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,载有催化剂的玻碳电极为工作电极.电位均相对于饱和甘汞电极.进行循环伏安和线性扫描测试的电解液均为乙醇(1.0m ol/L)和硫酸(0.5mo l/L)混合溶液.测试前,先通30m in 高纯N 2气除去溶液中的氧.在CO 的吸附实验中先通N 2气除氧30m in,然后通入CO 气30min,使电极饱和吸附CO,再通N 2气30min,除去溶液中的CO 后,最后在-0.18~1.0V 范围内,10mV/s 的扫描速度下,测定CO 溶出伏安曲线.2 结果与讨论2.1 样品的XRD 分析图1是PtRu/C 及Pt/C 两种催化剂的XRD 图谱,其中2H 角为25b 时的峰为活性碳(002)晶面衍射峰;Pt/C 催化剂在2H 角分别为39.88b ,46.37b 和67195b 处出现的衍射峰,分别归属于Pt(111),(200)和(220)晶面衍射峰;PtRu/C 催化剂在2H 角分别为39181b ,46.31b 和67.90b 处出现的衍射峰,分别归属于Pt(111),(200)和(220)晶面衍射峰;通过对样品的XRD 图比较可以看出,两个样品的衍射峰峰位置基本一致,均表现为Pt 的面心立方(fcc)晶体结构.由于Pt (220)晶面衍射峰不受载体的任何干扰[10],因此选择此峰,利用Scherrer 和Fragg 公式#248#浙江工业大学学报第39卷计算金属粒子的平均粒径和晶格参数[11].计算得PtRu/C 纳米催化剂中Pt -Ru 粒子的平均粒径为411nm,晶格参数为0.3920nm,而Pt/C 纳米催化剂中Pt 粒子的平均粒径为4.5nm,晶格参数为013910nm(JCPDS040802).从以上结果可以看出,PtRu/C 催化剂的图谱中并没有因为Ru 的加入而出现Ru 或其氧化物的晶面衍射峰,仍表现为Pt 的fcc 晶体结构.表明Ru 并不是以六面体结构形式存在,可能是因为Ru 进入到Pt 的晶格,形成Pt-Ru 合金或者Ru 的无定形态[12].图1不同组分催化剂的XRD 图F ig.1 XRD patterns of different composit ion cataly st s2.2 样品的形貌表征图2(a,b)分别为PtRu/C 催化剂和Pt/C 催化剂的TEM 照片,图2(c)为PtRu/C 催化剂的H R -TEM 照片.图中颜色较浅的部分是碳基体,其中的黑色的粒子则是分布在碳基体上面的金属纳米颗粒.由图2(a)可以看出,PtRu/C 催化剂中金属粒子的分散性好,并且粒径分布窄,粒径大小分布在1.9~4.3nm;而图2(b)中的Pt/C 催化剂颗粒的粒径分布为2.3~ 6.0nm,相对较宽.两种催化剂的金属粒径均与XRD 计算的结果相一致.图2(c)为PtRu/C 纳米催化剂的EDS 分析结果,结果表明:样品中只含有C,O,Pt 和Ru 四种元素,其中氧元素可能与样品的表面被氧化有关,从图中可以清晰的看到微粒上面的晶格条纹,而相应的晶格间距约为01225nm,与面心立方结构金属铂(111)晶面的面间距0.2265nm 基本一致,PtRu 晶体取向于(111)方向.由于在费米能级附近,能带变化比较平缓,且宽度小,对应的态密度比较高,催化剂的催化性能较好,对于PtRu/C 催化剂来说,在(111)方向上,态密度要比其他方向的态密度更高,说明作用在(111)面上的催化剂具有更强的催化活性[13].图2 样品的T EM,EDS 和H RTEM 图Fig.2 T EM ,EDS and H RT EM micr og raphs o f sam ples2.3 循环伏安法研究图3(a,b)分别是PtRu/C 及Pt/C 催化剂在015mo l/LH 2SO 4+1.0mol/L CH 3CH 2OH 溶液中的循环伏安图.从图3中可以看出:在正向扫描过程中,Pt/C 催化剂和PtRu/C 催化剂均在0.7V 及111V 处出现了氧化峰,由文献报道得知氧化峰I 主要生成了CO 2,而氧化峰II 则是生成CH 3CH O [9].循环伏安反向扫描的过程中,在0.46V 处均出现了一个较大的氧化峰III,且在0.82V 和1.05V 左右出现了较小的两个氧化峰,而在PtRu/C 催化剂中出现的这两个小峰,相对要比Pt/C 催化剂更明显,负扫的三个峰归因于乙醇及其氧化中间产物的氧化.而相对于Pt/C 催化剂来说,PtRu/C 催化剂的起始电位稍向负偏移,乙醇的正向氧化峰电位也相应的向负移动,这主要是由于PtRu/C 具有较大的比表面积.另外,在相同的扫描电位下,PtRu/C 催化剂比Pt/C 催化剂具有更高的电流密度.因此,通过对正向乙醇氧化峰的起始电位和相同扫描电位下的电流密度两个角度来考察两种催化剂对乙醇氧化的电催化活性,可以看出:PtRu/C 催化剂能在更低的电位下催化更多的乙醇发生电化学反应,即它对乙醇氧化的电催化活性要比Pt/C 催化剂高,说明在相同Pt 含量的基础上加入Ru 能有效地提高催化剂的电催化性能.#249#第3期乔 芸,等:PtRu/C 纳米催化剂对乙醇的电氧化性能图3 303K 下乙醇在PtRu/C 及Pt/C 催化剂电极上的电化学氧化循环伏安曲线F ig.3 Cyclic vo ltammo gr ams of ethano l electro ox idation o -ver P tRu/C and P t/C electro cataly st s at 303K2.4 催化剂稳定性研究为了考察两种催化剂的稳定性,进行了恒电位极化实验.图4是电位恒定在0.45V 和0.7V 时PtRu/C 和Pt/C 催化剂在0.5mol/L H 2SO 4+ 1.0mol/L CH 3CH 2OH 溶液中的计时电流曲线.其中图4中a,b 分别为电位恒定在0.45V 时Pt/C 和PtRu/C 催化剂的计时电流曲线,图4中c,d 则分别为在017V 时Pt/C 和PtRu/C 两种催化剂的计时电流曲线.从图4可以看出,由于双电层的快速充电,使得初电流密度都非常高,然后电流密度以抛物线的形式发生衰减,这主要是由于在乙醇催化氧化过程中产生的中间产物CO 的毒化作用所造成的,最终达到了假稳定状态,在6000s 时,PtRu/C 催化剂在0145V 和0.7V 下的电流密度分别是1.72mA/cm 2和6.08mA/cm 2,而在同样条件下,Pt/C 催化剂的电流密度则分别为0.88mA/cm 2和2.65mA/cm 2,可见在达到假稳定状态后,PtRu/C 催化剂的电流密度要比Pt/C 催化剂更高,说明PtRu/C 催化剂具有更强的抗CO 中毒能力,对乙醇氧化具有更好,更稳定的电催化活性,这与CV 测试结果相一致.2.5 抗C O 毒化实验图5(a,b)分别是PtRu/C 及Pt/C 两种催化剂,在0.5mol/L H 2SO 4溶液中,0~ 1.0V 范围内的CO 溶出伏安曲线,扫速为10mV/s.由图可见,Pt/C 催化剂的CO ads 氧化峰出现在0.54V,氧化峰电流为0.43mA/cm 2,起始氧化电位约为0V,计算出其单位面积上的吸附量为1.14@10-8mo l/cm 2.而PtRu/C 催化剂的CO ads 氧化峰出现在0.52V,氧化峰电流为0.56mA/cm 2,起始氧化电位约为-0.1V,图4 0.45V 和0.7V 下,Pt/C 和PtRu/C 催化剂在硫酸-乙醇溶液中的计时电流曲线Fig.4 Chronoamperometric curves of the 0.5mol/L H 2SO 4+1.0mol/L CH 3CH 2OH solution on the Pt/C and PtRu/C cat -alysts at 0.45V and 0.7V其单位面积上的吸附量为2.55@10-8mol/cm 2,大约是Pt/C 催化剂的2.24倍.通过对以上几个参数进行分析,可以看出,相对于Pt/C 催化剂来说,相同条件下,PtRu/C 催化剂能催化更多的CO 氧化成CO 2,从而释放更多的活性中心,提高催化剂的催化活性,进一步说明PtRu/C 催化剂比Pt/C 催化剂的抗CO 中毒能力强,催化剂活性好.图5 303K 下PtRu/C 和Pt/C 电催化剂的CO 溶出伏安曲线F ig.5 CO stripping v olt ammog rams for P tRu/C and Pt/Ccataly st s o bt ained at 303K2.6 电解液温度的影响在0.5mol/L H 2SO 4+ 1.0mol/L CH 3CH 2OH 溶液体系中,采用线性扫描法考察了温度对PtRu/C 催化剂催化氧化乙醇性能的影响,如图6所示.从图中可以看出,温度对PtRu/C 催化剂的电催化活性具有非常显著的影响,反应温度的升高,加快了催化剂催化氧化乙醇的速率.这主要是因为溶液体系温#250#浙江工业大学学报第39卷度升高,降低了工作电极的内阻、加快了阳极动力学速度,增加了Nafion 乳液电导率,进而有利于乙醇在PtRu/C 催化剂电极上的催化氧化[14].图6中的插图是不同温度下0.7V 时的响应电流,计算其log j )1/T 的关系图,计算得到相应的线性方程为log j =-922.383/T +3.856 (R =0.998)求得乙醇在PtRu/C 催化剂电极上的氧化反应的表观活化能为17.66kJ/mol.图6 不同温度下PtRu/C 催化剂电极在乙醇-硫酸溶液中的线性扫描曲线F ig.6 L inear sw eep v olt ammog rams in 0.5mo l/L H 2SO 4+1.0mol/L CH 3CH 2OH so lutio n by PtR u/C electr o -catalysts at different temper atur e3 结 论采用浸渍法成功制备出了PtRu/C 直接乙醇燃料电池阳极催化剂,Ru 的加入使Pt 的晶胞参数增大,表明Pt 与Ru 之间发生了相互作用,金属铂的晶格结构发生了改变.PtRu/C 催化剂中金属颗粒的粒径小于Pt/C 催化剂,使得它具有更大的反应表面积.电化学测试结果表明:相对于Pt/C 催化剂来说,PtRu/C 催化剂对乙醇的电化学氧化具有更好的电催化活性、抗CO 中毒能力和稳定性,PtRu/C 催化剂的电催化性能随着电解液温度的增加而增加,该电催化氧化过程的表观活化能为17.66kJ/mol.参考文献:[1] ERIK R,ANTH ONY S,BOGDAN G,et binatorialelectrochemistry:a highly parallel,optical s creening method for discovery of better electrocatalysts[J].S cien ce,1998,280:1735-1737.[2] SARM A L S,CHE N C H ,WANG G R,et al.Investigationsof direct m ethanol fu el cell (DM FC)fading mechanisms [J].J Power Sources,2007,167:358-365.[3] PELED E,LIVSHITS V,DUVDEV ANI T.High -power direct ethylene glycol fuel cell (DEGFC)based on nanoporous proton -conducti ng membrane(NP -PCM)[J].J Pow er Sources,2002,106:245-248.[4] LAM Y C,BELGSIR E M ,LEGER J M.Electr ocatalytic ox-idation of aliphatic alcohols:application to the direct alcohol fu -el cell (DAFC)[J ].J Appl Electroch em,2001,31:799-809.[5] AYH AN D.Progress and recen t trends in biofu els [J ].ProgEnergy C om bust Sci,2007,33(1):1-18.[6] C AM ARA 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高压微波技术制备纳米Pt／C催化剂
多的氘 被吸进 钛基体 中 ，与之 相对 应 ，钛吸氕 氘混合气 的分离 因 子逐渐减 小 ，并 已接 近于 １ 。随着温 度 的
作研 究钛 吸氕 一 氘混合气 的 同位 素效 应 ， 以便在 使用过程 中准 确控 制氢 同位 素含量 。
释 放一定 量氕一 氘混 合气 于实 验装 置 的主管道 中 ，记录平 衡压 力 ；加 热样 品至预 定温度 后恒温 ；将 主
管道 中 的混合气 引入样 品室 ，待 气一 固两 相平 衡后 ，记录 体系 的平 衡 压力 。关 闭样 品室 阀门 ，取 主管道 中
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剐 １ 升 温 速 率 对 Ｐ 粒 径 的 影 响 ｔ 图 ２ 表 面 活 性 剂 对 Ｐ 粒 径 的 影 响 ｔ
图 ２为不 加入任 何表面 活性剂 （） ｄ和分 别加 入阴离子 表面 活性剂 （）阳离 子表面活 性剂（ 后制 备 的 Ｐ／ ｅ、 ｆ ） ｔ Ｃ 催 化剂 的 ＸＲ 图谱 。用 Ｓ ｅ ｅ 公 式计算 得 ３种催化剂 Ｐ 粒子 的平均 粒径 分别 为 ．， ．，０．ｒ Ｄ ｈｒ ｒ ｒ ｔ １ ９ ３１ｉ ｍ。因 此 ，用 微波辐 射 的乙二醇 工艺制 备 Ｐ／ ｔ Ｃ催化 剂 ，在反应 体系 中加入 阳离 子或 阴离 子催化剂 ， ｔ 子 的平 均 Ｐ粒
结 果 显示 ，在 ２０Ｃ下 ，在 １．￣－ ７２ ０＂ ００ ｏ８． ／ ％氘浓 度范 围 内，分离 因子 不随氘 浓度 的变 化而改 变 。这一 结果表
《2024年PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》范文
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》篇一一、引言近年来，随着环境问题的日益突出和能源需求的不断增长，新型高效催化剂的研发成为了科研领域的重要课题。
其中，PtCu 双功能纳米催化材料以其独特的物理化学性质和良好的催化性能，在能源转换、环境保护和工业生产等领域得到了广泛的应用。
本文旨在探讨PtCu双功能纳米催化材料的合成方法及其电催化性能的研究，为实际应用提供理论依据。
二、PtCu双功能纳米催化材料的合成1. 材料与试剂合成PtCu双功能纳米催化材料所需的主要材料包括铂盐、铜盐、还原剂、表面活性剂等。
所有试剂均为分析纯，使用前未经进一步处理。
2. 合成方法采用化学还原法合成PtCu双功能纳米催化材料。
首先，将铂盐和铜盐溶解在适当的溶剂中，加入还原剂进行还原反应。
同时，加入表面活性剂以控制纳米颗粒的形貌和尺寸。
经过一定时间的反应后，得到PtCu双功能纳米催化材料。
三、材料表征对合成的PtCu双功能纳米催化材料进行表征，包括X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段。
XRD分析表明，材料具有面心立方结构，与PtCu合金的标准谱图相吻合。
TEM观察显示，材料具有较为均匀的尺寸和形貌，纳米颗粒分散性良好。
四、电催化性能研究1. 实验方法采用循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）对PtCu 双功能纳米催化材料的电催化性能进行测试。
在三电极体系中，以合成的PtCu催化剂修饰的电极作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为对电极。
在一定的电位范围内进行CV和LSV扫描，记录电流-电压曲线。
2. 结果与讨论通过CV和LSV测试，发现PtCu双功能纳米催化材料具有良好的电催化性能。
在一定的电位范围内，催化剂表现出较高的电流密度和较低的过电位。
与商业Pt催化剂相比，PtCu催化剂在电化学过程中表现出更好的催化活性和稳定性。
这归因于PtCu合金中的金属间相互作用以及合金化过程中的电子结构调整，从而提高了催化剂的电催化性能。
改性碳纳米管负载贵金属Pt纳米粒子及其对甲醇电催化氧化
改性碳纳米管负载贵金属Pt纳米粒子及其对甲醇电催化氧化
改性碳纳米管负载贵金属Pt纳米粒子及其对甲醇电催化氧化
采用浓硝酸回流法对碳纳米管进行预处理,然后以其为载体在微波辐射加热的条件下合成了Pt/CNTs催化剂,并对其进行了EDX、TEM 和XRD表征.对样品的电化学表征结果表明,改性碳纳米管负载的贵金属铂催化剂对甲醇电氧化具有较好的电催化性能.
作者：刘洋赵杰 LIU Yang ZHAO Jie 作者单位：台州学院医药化工学院,临海,317000 刊名：科学技术与工程 ISTIC 英文刊名：SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING 年，卷(期)：2008 8(12) 分类号： O646 TB383 关键词：改性微波铂纳米粒子甲醇电氧化。
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》范文
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》篇一一、引言近年来，随着环境问题的日益突出和能源危机的加剧，新型高效催化材料的研究成为了科研领域的热点。
其中，PtCu双功能纳米催化材料因其独特的物理化学性质和优异的电催化性能，受到了广泛关注。
本文将重点介绍PtCu双功能纳米催化材料的合成方法及其电催化性能的研究。
二、PtCu双功能纳米催化材料的合成（一）合成方法PtCu双功能纳米催化材料的合成主要采用化学还原法。
首先，将适量的铜盐和铂盐溶解在适当的溶剂中，然后加入还原剂进行还原反应，形成PtCu合金纳米颗粒。
最后，通过调节反应条件，如温度、浓度、pH值等，控制纳米颗粒的尺寸和形态。
（二）表征方法合成的PtCu双功能纳米催化材料通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和能谱分析（EDS）等手段进行表征。
TEM可用于观察纳米颗粒的形态和尺寸；XRD可用于分析纳米颗粒的晶体结构；EDS可用于确定纳米颗粒的元素组成和分布。
三、电催化性能研究（一）甲醇氧化反应在直接甲醇燃料电池中，甲醇氧化反应是一种重要的电催化反应。
PtCu双功能纳米催化材料对甲醇氧化反应具有较高的催化活性。
通过循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）等电化学方法，研究PtCu纳米催化材料对甲醇氧化反应的催化性能。
（二）氧还原反应氧还原反应是另一种重要的电催化反应，对于提高燃料电池的能量转换效率具有重要意义。
PtCu双功能纳米催化材料对氧还原反应也具有较好的催化性能。
通过类似的电化学方法，研究该材料对氧还原反应的催化性能。
四、结果与讨论（一）合成结果通过透射电子显微镜观察，合成的PtCu双功能纳米催化材料呈现出均匀的球形或立方体形态，尺寸分布较为均匀。
X射线衍射和能谱分析结果表明，该材料具有面心立方结构的PtCu合金特征。
（二）电催化性能分析1. 甲醇氧化反应：在甲醇氧化反应中，PtCu双功能纳米催化材料表现出较高的催化活性，其起始氧化电位较低，氧化电流较大。
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》范文
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，电催化反应在能源转换与存储领域的重要性日益凸显。
近年来，催化剂在电化学反应中的地位与作用日渐突显。
因此，本文提出一种具有高度合成性能和优良电催化性能的PtCu双功能纳米催化材料。
通过探索其合成方法，以及对其电催化性能的深入研究，为未来能源领域的发展提供新的可能。
二、PtCu双功能纳米催化材料的合成1. 材料与方法本实验采用化学还原法合成PtCu双功能纳米催化材料。
首先，将适量的氯铂酸和硫酸铜溶液混合，然后加入还原剂进行还原反应。
在反应过程中，通过控制反应条件（如温度、pH值等）来影响纳米颗粒的形貌和大小。
最后，通过离心、洗涤等步骤得到纯净的PtCu双功能纳米催化材料。
2. 结果与讨论（1）材料表征利用透射电子显微镜（TEM）对合成的PtCu双功能纳米催化材料进行观察，发现其呈现出均匀的球形或类球形结构，且粒径分布较为集中。
通过X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对材料进行结构分析，发现其具有良好的晶体结构和金属元素的均匀分布。
（2）合成条件优化通过改变反应温度、还原剂种类和浓度等条件，优化PtCu双功能纳米催化材料的合成过程。
实验结果表明，在适当的反应条件下，可以获得粒径较小、分散性良好的PtCu纳米颗粒。
三、电催化性能研究1. 材料与方法本实验采用循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）等电化学方法对PtCu双功能纳米催化材料的电催化性能进行研究。
首先，将材料制备成工作电极，然后进行电化学测试。
通过对比不同催化剂的电化学性能，评估PtCu双功能纳米催化材料的电催化活性。
2. 结果与讨论（1）电化学性能分析实验结果表明，PtCu双功能纳米催化材料在碱性溶液中具有较高的氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）的电催化活性。
与商业Pt/C催化剂相比，PtCu纳米催化剂在ORR和HER反应中均表现出更高的电流密度和更低的过电位。
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》范文
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》篇一一、引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，寻找高效、环保的能源转换和存储技术已成为科研领域的重要课题。
其中，电催化技术因其高效、环保的特性在能源领域得到了广泛的应用。
而催化剂作为电催化技术的核心，其性能的优劣直接决定了电催化反应的效率和选择性。
近年来，PtCu双功能纳米催化材料因其良好的催化活性和稳定性，受到了广泛关注。
本文旨在研究PtCu双功能纳米催化材料的合成方法及其电催化性能。
二、PtCu双功能纳米催化材料的合成1. 材料与方法（1）材料准备：本实验所需材料包括铂盐、铜盐、还原剂、表面活性剂等。
所有试剂均为分析纯，使用前未进行进一步处理。
（2）合成方法：采用液相还原法合成PtCu双功能纳米催化材料。
具体步骤为：在表面活性剂的存在下，将铂盐和铜盐混合溶液加热至一定温度，加入还原剂，使金属离子还原为金属原子并形成纳米粒子。
通过控制反应条件，如温度、pH值、浓度等，可以得到不同形貌和粒径的PtCu纳米粒子。
2. 结果与讨论（1）形貌与结构：通过透射电子显微镜（TEM）观察发现，合成的PtCu纳米粒子呈球形或立方体形，粒径分布均匀。
X射线衍射（XRD）结果表明，纳米粒子具有面心立方结构。
（2）合成条件优化：通过调整反应温度、pH值、浓度等条件，发现当温度为XX℃、pH值为X、浓度为X时，可得到最佳的PtCu纳米粒子。
此时，纳米粒子的粒径较小，分布均匀，且具有较高的结晶度。
三、电催化性能研究1. 材料与方法（1）电化学性能测试：采用循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）对合成的PtCu纳米粒子进行电化学性能测试。
测试电解液为XX溶液，工作电极为修饰有PtCu纳米粒子的电极。
（2）性能评价指标：以电流密度、起始电位、峰值电位等作为评价催化剂性能的指标。
2. 结果与讨论（1）电化学性能：CV和LSV测试结果表明，PtCu纳米粒子具有良好的电催化性能。
Pt@CF复合催化剂对甲醇的电催化氧化
２ ０ １ ５年 ２月
新
余
学 ＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｘ Ｉ Ｎ ＹＵ ＵＮＩ ＶＥ ＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖｏ １ ． ２ ０． ＮＯ． １ Ｆ ｅ ｂ． ２ Ｏ１ ５
Ｐ ｔ ＠Ｃ Ｆ复 合 催 化 剂 对 甲醇 的 电催 化 氧 化
● 罗永 平 ， 徐顺 建 ， 肖宗湖 ， 钟炜， 欧惠 ， 吴 欢 文
（ 新 余学 院 新 能源研 究所 ， 江西 新余 ３ ３ ８ ０ ０ ４ ）
摘 要： 在碳 纤维（ Ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ Ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ ，Ｃ Ｆ ） 表面， 采 用电沉积 方法沉积纳 米 Ｐ ｔ ， 形成 Ｐ ｔ ＠Ｃ Ｆ复合 催化 荆， 用于 甲醇 的直接 电 催化 氧化 。利用金 相显微镜对沉积 Ｐ ｔ 前后 的 Ｐ ｔ ＠Ｃ Ｆ复合催 化剂形貌进行 了表征。 最后 ， 系统地 应用 电化 学方法分析
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４一ｌ １ — ２ ３
作 为常 规 能 源 的替 代 品 之 一 ， 利 用 甲醇 作 为燃 料 的直 接 甲醇燃 料 电 池 （ Ｄ ＭＦ Ｃ） 一直 是 能 源领 域 专 家关 注 的焦 点之 一 。相 比起 其 他 燃 料 电池 ， Ｄ Ｍ— Ｆ Ｃ主要的优点为 ： 燃料 甲醇容易获得 、 结构简单 ， 运 行温 度低 ， 环 境 污染 少 ， 高 的能 量 密度 等 Ｊ 。但 Ｄ Ｍ—
１引 言
积 法制 备 了碳 纳 米 纤 维 负 载 的 Ｐ ｔ 催 化 剂 。该 催 化 在非常低 的 Ｐ ｔ 负载量 （ ８ ． ７ ９ ｔ ｘ ｇ ｃ ｍＩ ２ ） 时， 仍表现 Ｆ Ｃ来 说 ， 阳 极 反 应 高 的 过 电 位 和 中 间 产 物 ， 如 剂 ， Ｃ Ｏ， 对于催化剂的毒化作用 ， 是限制 Ｄ Ｍ Ｆ Ｃ商业化过 很 高 的氧化 活性 （ ＭＡ＝１ ２ ９ ． ５ Ａ ｇ ） 。作者 把其 归功 程 的主要 原 因 。 。因 为 在 Ｄ ＭＦ Ｃ中， 金属 Ｐ ｔ 是 所 于 Ｐ ｔ 的小微 粒 尺 寸 和 高分 散 性 外 ， 还 认 为 碳 纳 米 纤 有金 属 中最有 效 的催 化 剂 ， 所 以贵 金 属 Ｐ ｔ 阳极 催 化 维 是一种 理 想 的催 化 剂 载 体 材 料 ， 从 而 说 明 了碳 纳 剂依 然 是 Ｄ ＭＦ Ｃ阳极 电催 化 剂 的首 选 材 料 ， 在 甲醇 米纤 维在 甲醇催化 氧 化催 化 剂 中 的作 用 。Ｇ ｕ ｏ等 的电催化 氧化 研 究 中 占有 重要 的地 位 。 用氢 气做 还原 处理 或者 用 Ｈ Ｎ Ｏ 一Ｈ Ｓ Ｏ 复合 酸 做 氧 但因为 Ｐ ｔ 高价和资源稀缺 ， 限制了它在 Ｄ Ｍ Ｆ Ｃ 化处 理碳 纳 米 纤 维 ， 证 明基 于 这 两 种 方 法 制 备 的催 中的利 用 。为 了减 少 Ｐ ｔ 的 负 载 量 和 提 高 其 催 化 活 化 剂都表 现 出很好 的催 化性 能 。 性， 可 以考虑 控 制 Ｐ ｔ 的尺 寸 ， 使 其 处 于 纳 米 维 度 。 微 电极 ， 至 少 有 一 个 维 度 的 尺 寸 达 到 微 米 数 量 基于 这点 考 虑 ， 具 备 良好 的导 电性 、 较大 的表面积 、 级， 并 且具 有 极小 的工 作 面积 。 因而 ， 在 电化 学 反应 合理 的孔 结构 的 载体材 料在 提 高 Ｐ ｔ 电催 化 活 性 和利 中表 现 出 响应 快 、 灵 敏 度 高 的特 点 。本 文 利 用 碳 纤 用 中有着 重要 的 作用 。 由于具 有 在 酸 碱 环境 中有 比 维微 电极作为载体 ， 采用电化学沉积法在碳纤维表 较好 稳定 性 、 优 异 的导 电性 和 高 的 比表 面积 ， 碳 材 料 面沉 积 Ｐ ｔ 制 备 了一 种 Ｐ ｔ ＠Ｃ Ｆ复合 催 化 电极 。 电极 经常 用于催 化 剂 的载体 材 料 １ ０ ， １ １ ］ 。碳 材 料 对 负载 的 的表 面形 貌 采 用 金 相 显 微 镜 进 行 了 表征 ， 并 应 用 电 贵金 属催 化剂 的性 质 如粒 子尺 寸 、 形貌 、 稳 定 性 和 分 化 学 方法 系 统 研 究 了 电位 扫 描速 度 、 甲醇 浓 度 和 电 散 性 等 有 较 大 的影 响 ， 也会 影 响 Ｄ ＭＦ Ｃ运 行 时 负 载 位 扫 描范 围对 Ｐ ｔ ＠Ｃ Ｆ催化 电极 电催化 氧化 甲醇 的影 催化剂的特性 ， 比如 ： 质量传递 、 催化层导 电率 、 电活 响 。 性面积 、 以及金 属微 粒 的稳定 性 。 因此 ， 对 碳 载体 优 化是 Ｄ ＭＦ Ｃ发展 的一个重 要 因素之 一 ¨ 。 石墨 型碳 纳米 纤维 （ Ｇ Ｃ Ｎ Ｆ Ｓ ） 由于 高 石 墨化 具 有 高导 电性 ， 低 电阻 ，高表 面 积 ， 而在 Ｄ Ｍ Ｆ Ｃ研 究 中受 到广 泛 的 关 注 。Ｇ Ｃ Ｎ Ｆ Ｓ有 三 种 结 构 类 型 ： ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｌ ｅ ｔ，
微波合成Pt—M／C催化剂及其催化性能比较
微波合成Pt—M／C催化剂及其催化性能比较当前DMFC研究工作者的迫切任务是寻找到一种甲醇电氧化催化活性高又抗CO中毒能力强的阳极催化剂。
首先采用微波多元醇法合成我们的实验试剂—Pt/C、Pt- M （Fe、Co、Ni）/C 电催化剂，然后利用X射线技术来对电催化剂进行物理观察，包括电催化剂的微观结构，表面形态特征，以及其他物理性能等，并用循环伏安的方法对电催化剂的电化学性能进行测试。
实验表明该电催化剂粒径为2.0—4.0，平均粒径再3.4左右，并且高度分散在Vulcan XC- 72 碳载体上。
将该电催化剂放置在28摄氏度的室温中，测其电化学性能。
结果表明该电催化剂对甲醇的催化具有良好的效果，而且，当掺入合金Fe、Co以Ni的电催化剂均具有较好的抗Co中毒的能力。
标签：铂合金催化剂；微波；间歇微波加热法；甲醇的电化学氧化0 前言甲醇的氧化反应实质体现的就是甲醇受到氧化放出大量的热量，生成水和二氧化碳，所以利用甲醇氧化得到热量的装置又叫做直接甲醇燃料电池。
由于甲醇的自身的物理性能和化学性能，所以甲醇燃料电池比传统的然连电池具有更好特性，比如自身质量很轻便于运输，其氧化过程中产生的副产物为水和二氧化碳不污染环境，再加上其自身的热量转化率大，所以在许多方面都有很广阔的应用前景，例如，汽车燃料、航空、军事、电力等方面。
所以说找到一种高性能的催化甲醇氧化的催化剂并抗CO中毒能力高的阳极催化剂一直是人们研究的热点之一。
甲醇燃料电池的核心部分是以催化剂和电解质膜构成的膜电极组件（MEA），而甲醇燃料电池电催化剂—铂基催化剂造价却十分的昂贵，导致甲醇燃料电池无法大面积的使用。
另外，在甲醇燃料电池的反应中单纯的铂基催化剂很容易被CO吸附从而导致CO中毒丧失了其电催化作用，因此如何解决铂基催化剂的CO中毒问题，或者寻求其他金属来代替铂基催化剂是人们现在研究的热点，其中通过向铂基催化剂里加入一些过渡金属制作成合金催化剂，例如：Cr、Ru、Mo、Fe、Ni等来改变纯铂催化剂晶体的表面结构择优取向，空间结构的几何形状以及电子轨道的运转方向相互作用来提高电催化剂的催化效率，降低催化剂的制作成本，也是人们研究的方向之一。
《2024年PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》范文
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》篇一一、引言随着现代工业和科技的快速发展，电催化反应在能源转化、环境保护等领域发挥着重要作用。
PtCu双功能纳米催化材料作为一种重要的电催化剂，因其高活性、高选择性和良好的稳定性，在电催化领域得到了广泛的研究和应用。
本文旨在研究PtCu双功能纳米催化材料的合成方法及其电催化性能，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、PtCu双功能纳米催化材料的合成1. 材料与方法PtCu双功能纳米催化材料的合成主要采用化学还原法。
具体步骤包括：将适量的氯铂酸和硫酸铜溶液混合，加入还原剂（如抗坏血酸）进行还原反应，生成PtCu合金纳米粒子。
通过调整反应物的浓度、温度和反应时间等参数，可控制纳米粒子的形貌和尺寸。
2. 结果与讨论通过X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等手段对合成的PtCu双功能纳米催化材料进行表征。
结果表明，合成的纳米粒子具有面心立方（fcc）结构，且粒径分布均匀。
此外，通过调整合成参数，可实现纳米粒子形貌和尺寸的有效控制。
三、电催化性能研究1. 甲醇氧化反应在甲醇氧化反应中，PtCu双功能纳米催化材料表现出较高的催化活性。
通过循环伏安法（CV）和计时电流法等电化学方法对催化剂的活性进行评估。
结果表明，PtCu双功能纳米催化材料具有较高的甲醇氧化电流密度和较低的氧化峰电位，表明其具有良好的催化活性。
2. 氧还原反应氧还原反应是另一种重要的电催化反应。
PtCu双功能纳米催化材料在氧还原反应中也表现出较好的性能。
与商业Pt催化剂相比，PtCu双功能纳米催化材料具有更高的氧还原电流密度和更好的稳定性。
这主要归因于其独特的合金结构和纳米尺度效应。
四、结论本文研究了PtCu双功能纳米催化材料的合成方法及其在电催化领域的应用。
通过化学还原法成功合成了具有面心立方结构的PtCu合金纳米粒子，并实现了纳米粒子形貌和尺寸的有效控制。
在甲醇氧化和氧还原反应中，PtCu双功能纳米催化材料均表现出较高的催化活性和良好的稳定性。
微波法制备的Pt／C催化剂对甲醇和CO的电催化氧化
ｆｒ ｅｈｎｌａｄａ ｓｒｅ Ｏ ｏ ｅＰ Ｃ ｃｔ ｙｔ ｗ ｓｉｖｓｇｔ ｙｃｃ ｃｖｈ ｍｍ ｔ （ Ｖ） ａｄ ｌ ｅｒ ｏ ｔａｏ ｎ ｄｏｂｄＣ ｎ ｔ ｔ ａ ｌ ｓ ａ ｎｅｔ ａｅ ｂ ｙｌ ｏ ａ ｅ ｙ Ｃ ｍ ｈ ／ ａ ｓ ｉ ｄ ｉ ｒ ｎ ｉ ａ ｎ
的膜 间透过 问题 ， 别 是 甲醇 在 阳极 氧 化 的 催 化 活 特
反应 法 、 液相 反 应 法 、 机 胶 体 法 、 学 沉 积 法 、 有 化 电 沉积 法等 。 。其 中微 波 法 是 一 种 近 两年 来 制 备 催 化 剂 的新 的方 法 ， 该 方法 制 备 催化 剂 的优 点是 用 大大 简化 了操 作 过 程 ， 少 制 备 步 骤 ， 某 些 情 况 减 在 下 不 需要后 处 理 ， 备 催 化剂 所 用 时 间较 常 规 的 化 制 学 沉 积法 显 著 缩 短 。本 实 验 采 用 交 替 式 微 波 加 热 法制 Ｐ／ ｔＣ催 化剂 ，ｔ Ｐ 载量 分 别 为 ２ ％ 和 ４ ％ 。研 ０ ０ 究 了不 同制备条 件 和 干燥 方 法对 催 化 剂 的影 响 ， 及
Ｅｌｃ ｒ ｃ ｔ ｌ ｔｃ ｏ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｈ ｎ ｌａ ｄ ａ ｓ ｒ ｅ ｅ ｔ ｏ ａ ａ ｙ ｉ ｘ ｄ ｔｏ ｆｍ ｔ ａ ｏ ｎ ｄ ｏ ｂ ｄ ＣＯ ｎ Ｐｔ Ｃ ａ ａ ｙ ｔ ｏ ／ ｃ ｔ ｌ ｓｓ
ｐｒ ｐａ ｅ ｂｙ ｍ ｉｒ ｗ ａ ｅ ｈｏ ｅ ｒ ｄ ｃ ｏ ｖｅ ｍ ｔ ｄ
ａ ｉｉｙ ｃｔ ｔ． ｖ 、
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｔ ａ ｏ ；ＣＯ；ｅｅ ｔ ｃ ｔｌ ｔ ｘ ｄｉａ ｉ ． ｏ ｃ ｏ
直接 甲醇燃 料 电池 （ Ｍ Ｃ 由于 其燃 料来 源 丰 Ｄ Ｆ） 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 ， 。Ｄ Ｃ很 有 可 能 成 １ ＭＦ ２ ３ 为未 来汽 车和 电子仪 器 的潜在 能源 。但 甲醇作 燃 料
三维石墨烯负载PtRu合金纳米粒子对甲醇氧化的电催化性能
三维石墨烯负载PtRu合金纳米粒子对甲醇氧化的电催化性能高海丽;何里烈;张勇;张胜利;王昊【摘要】以乙二醇为溶剂和还原剂、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为络合剂，采用有机溶胶法并结合冷冻干燥，制备了三维石墨烯负载PtRu合金纳米粒子（PtRu／Gr）催化剂．采用SEM，TEM和XRD对催化剂的形貌、组成、粒径大小和相结构进行表征，采用循环伏安法和计时电流评价催化剂对甲醇氧化的催化活性，并与自制Pt／Gr和Pt／C进行对比．结果表明，平均粒径约2．1 nm的PtRu合金粒子均匀分散在三维石墨烯表面，其对甲醇氧化催化活性分别是Pt／Gr和Pt／C 催化剂的1．5倍和2．6倍，而且具有高的稳定性和抗中毒能力．%PtRu alloy nanoparticles supported on 3D graphene (PtRu/Gr)were synthesized via organic sol method combined with freeze drying by using ethylene glycol as solvent and reducing agent,polyvinylpyrroli-done (PVP)as complexing agent.The morphology,composition,particle size,and phase structure were charac-terized by SEM,TEM,and XRD.The catalytic activities of PtRu/Gr toward methanol oxidation were evaluated by means of cyclic voltammetry and chronoamperometry and compared with those of self-made Pt/Gr and Pt/C catalysts.The results showed that highly dispersed PtRu alloy nanoparticles with average sizes of ca.2.1 nm are dispersed on the surfaces of 3D graphene,and its activity toward methanol oxidation is 1 .5 and 2.6 times as high as that of Pt/Gr and Pt/C,respectively.Furthermore PtRu/Gr has high stability and poisoning tolerance to the intermediates in methanol oxidation.【期刊名称】《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(031)005【总页数】7页(P36-42)【关键词】三维石墨烯;PtRu 合金纳米粒子直接甲醇燃料电池;催化剂【作者】高海丽;何里烈;张勇;张胜利;王昊【作者单位】郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】O643alloy nanoparticledirect methanol fuelcell;catalyst直接甲醇燃料电池(DMFC)以其能量转换效率高、燃料易于储存和运输等优点引起国内外研究者广泛关注.阳极催化剂是DMFC的关键部件，对整个电池的成本和性能有重要影响.虽然DMFC用于便携式电子设备电源有一定优势，但仍然需要使用高效的阳极催化剂.目前广泛使用的Pt催化剂除了成本高以外，还容易被甲醇氧化过程中生成的中间体COad所毒化[1]，从而降低电池性能.为了降低催化剂成本、提高催化性能和效率，研究人员开发出Pt基合金催化剂(如PtRu,PtCo,PtFe,PtPd,PtCu等)，其中PtRu合金被认为是甲醇氧化最好的催化剂[2].载体材料会影响催化剂的粒径和尺寸分布，从而影响催化剂性能，如物质传递、导电性、电化学活性表面积和稳定性[3]等.目前使用最多的载体是美国卡博特公司生产的炭黑，另外，其他碳材料如碳纳米管(CNT)，碳纳米纤维和介孔碳等[4-6]也在一定程度上引起研究人员的兴趣.近些年，单原子层厚度的二维碳材料——石墨烯以其超高比表面积和导电性成为研究热点，特别是作为燃料电池催化剂载体的开发掀起了研究热潮，被认为是燃料电池催化剂的理想载体，在石墨烯片层间引入金属催化剂粒子还可有效避免因范德华力作用而引起的石墨烯团聚[7].人们对石墨烯载Pt催化剂进行了广泛研究，发现以石墨烯为载体的Pt催化剂对甲醇氧化的电催化性能高于以碳和碳纳米管为载体的催化剂.笔者所在的课题组在前期研究工作[7]中采用简单的一步化学还原法制备高分散的铂/还原态氧化石墨(Pt/RGO)，发现该催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性与Pt/C和Pt/CNT相比有了很大提高，具有较高的抗甲醇氧化中间体COad中毒的能力.考虑到有机溶胶法易于控制反应物组成，使用温和还原剂乙二醇易于得到高分散的粒子，而且PVP络合剂的使用可进一步缩小粒径和提高分散性.本文拟以乙二醇为溶剂和还原剂、PVP为络合剂，采用有机溶胶法并结合冷冻干燥，制备PtRu/Gr 催化剂，研究PtRu/Gr对甲醇电催化氧化的活性和稳定性.1.1 试剂与仪器主要试剂：NaNO3,乙二醇，天津市风船化学试剂科技有限公司产；浓硫酸，洛阳市化学试剂厂产; 双氧水，PVP，KOH，天津市科密欧化学试剂有限公司产；高锰酸钾，天津市北辰化学试剂有限公司产；无水甲醇，南京化学试剂有限公司产；H2PtCl6，RuCl3,沈阳市金科试剂厂产.以上试剂均为分析纯.石墨粉购自青岛恒胜石墨有限公司；Vulcan XC-72 碳粉购自美国卡博特公司;Nafion溶液(5 wt%)，美国杜邦公司产.主要仪器： D8 Advance 型X射线衍射仪(XRD)，德国Bruker公司产； JSM-6490LV 型扫描电子显微镜(SEM)，JEM-2100型透射电子显微镜(TEM)，日本电子公司产； ELAN9000型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，美国PerkinElmer 公司产；CHI604E电化学工作站，上海辰华仪器有限公司产.1.2 催化剂制备1.2.1 氧化石墨的制备采用改进的Hummers法制备氧化石墨：将1 g石墨和1.5 g NaNO3加入到盛有46 mL浓硫酸的烧杯中，搅拌分散，然后将烧杯放于冰浴中，在搅拌的条件下缓慢加入6 g高锰酸钾，接着在35 ℃条件下反应30 min，再向其中加入40 mL纯水，把温度升高到90 ℃继续进行反应30 min，并向溶液中加入60 mL水和2 mL双氧水，最后进行离心、洗涤、冷冻、干燥，得到氧化石墨.1.2.2 PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂的制备PtRu/Gr的制备(金属负载量20 wt%)：将乙二醇加入烧瓶中，然后加入200 mg氧化石墨和适量PVP，超声、搅拌均匀后加入87.3 mg H2PtCl6·6H2O和35.0 mg RuCl3，待混合均匀后用KOH溶液将反应液pH值调到10，接着于120 ℃下反应5 h，最后将产物用大量去离子水洗涤，冷冻干燥 24 h，得到PtRu/Gr催化剂.催化剂中Pt和Ru的摩尔比为.为了进行比较，采用同样方法制备金属负载量20 wt%的Pt/Gr和Pt/C催化剂. 1.3 催化剂表征采用XRD测试催化剂的物相结构，Cu靶Kα射线，扫描速度2°/min.通过SEM和TEM考察催化剂的形貌，用ICP-MS测试催化剂的组成.1.4 电化学性能测试利用循环伏安和计时电流法评价催化剂对甲醇氧化的电催化性能，采用三电极体系在CHI604E电化学工作站上进行测试.其中，铂丝为辅助电极，Ag/AgCl电极为参比电极，研究电极为玻碳电极：将2 mg催化剂超声分散在 1 mL Nafion溶液中，然后取5 μL滴到玻碳电极表面，常温干燥.电解液为0.5 mol/L H2SO4溶液和0.5 mol/L H2SO4 + 0.5 mol/L CH3OH溶液，每次测试前均向溶液中通入高纯氮气20 min以除氧.循环伏安曲线测试范围-0.2～1.0 V，扫描速率50 mV/s.图1为样品的XRD图.从图1a)中可以看出，石墨粉在26°左右有一个强衍射峰，此为石墨的C(002)晶面特征峰.对比石墨粉的XRD图，氧化石墨在26°附近的峰消失，在10°左右晶面出现了一个峰型较宽的衍射峰，且强度大大减弱，表明石墨粉已被氧化成氧化石墨，这与文献[8-9]报道一致.由图1b)可明显看到3个催化剂在2θ为39.7°，45.6°和67.4°左右分别出现了Pt的(111)，(200)和(220)晶面衍射峰，表明其具有面心立方(FCC)结构.对比PtRu/Gr 与Pt/Gr和Pt/C的(111)晶面衍射峰，可以看出前者稍向高角度方向移动，表明Ru进入Pt的晶格形成合金[10].此外，在图1b)中没有出现Pt和Ru的氧化物的衍射峰，说明合成的催化剂纯度较高.Pt/C在2θ为26°左右的峰为C(002)晶面衍射峰.PtRu/Gr和Pt/Gr在2θ为24°出现了一个宽衍射峰，说明氧化石墨已被还原成石墨烯.根据谢乐公式[11]可计算出PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C的晶粒粒径分别为2.0 nm,2.3 nm和2.5 nm.为了确定催化剂中的Pt含量，采用 ICP-MS测试了催化剂的组成.结果显示PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂中Pt的实际载量分别为12.1 wt%，19.5 wt%和19.8 wt%，与理论值接近.图2为PtRu/Gr的SEM图.从图2a)可以看出石墨烯具有三维结构，比较蓬松，中间有很多孔洞.由图2b)可以更加直观、清楚地看到褶皱的石墨烯片层间有许多孔洞.由于放大倍数的限制，没有在SEM图中观察到纳米级的PtRu粒子，但在后面的TEM表征中可以看到PtRu纳米颗粒分散在石墨烯表面.可见，采用有机溶胶法并结合冷冻干燥制备的PtRu/Gr可有效避免石墨烯片层的堆积，并且这种三维结构也有利于催化剂和电解液的接触，提高电催化性能.图2 PtRu/Gr的SEM图Fig.2 SEM images of PtRu/GrPtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂的TEM和HRTEM见图3，其中a),c)和e)为PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂的TEM图，b),d)和f)为相应的HRTEM图.从图3可以看出，纳米级催化剂粒子均匀分布在载体上，无明显团聚现象，说明本实验所采用的制备方法可以得到高分散的纳米催化剂.从图3a)，3b)，3c)和3d)可以看出，由于石墨烯和金属粒子间的相互作用，PtRu和Pt纳米粒子分别均匀分散在石墨烯的褶皱和边缘处.由图3e)可知Pt粒子均匀分布在碳载体表面.对比图3b)，3d)和3f)可明显发现催化剂的粒径大小顺序为Pt/C>Pt/Gr> PtRu/Gr,且PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C的平均粒径分别为2.1 nm,2.3 nm和2.6 nm，这与XRD分析得到的粒径大小基本一致.催化剂的粒径较小有利于得到较高的催化性能，所以PtRu/Gr对甲醇氧化的催化性能将可能高于Pt/Gr和Pt/C.图4为PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L硫酸溶液中的循环伏安图.从图4可以看出，在-0.2～0.1 V范围内，PtRu/Gr催化剂上氢的吸脱附峰最强，而Pt/C催化剂上氢的吸脱附峰最弱.电化学活性表面积(ECSA)可以反映Pt催化剂的活性大小，根据硫酸溶液中循环伏安曲线的氢吸附脱附峰面积可得出催化剂中Pt吸附的电荷量QH/(C·m)-2，采用下式[12]可计算出催化剂的ECSA.图3 PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂的TEM图和HRTEM图Fig.3 TEM images and HRTEM images of PtRu/Gr,Pt/Gr and Pt/C catalysts图4 PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L 硫酸溶液中的循环伏安图(扫描速率50 mV/s)Fig.4 Cyclic voltammograms of PtRu/Gr,Pt/G, and Pt/C catalysts in 0.5 mol·L-1 H2SO4aqueous solution at a scan rate of 50 mV/s图5 PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L 硫酸+0.5 mol/L甲醇溶液中的循环伏安图Fig.5 Cyclic voltammograms of PtRu/Gr,Pt/G,and Pt/Ccatalysts in 0.5 mol/L H2SO4+0.5 mol/L CH3OH aqueous solution at a scan rate of 50 mV/sECSA=QH/QH ref=QH/(2.1×m)其中，单位表面积的Pt吸附的电荷量QH ref=2.1 C·m-2；m是催化剂中Pt的负载量/mg.由上式可计算出，PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂的ECSA分别为150.1 m2·g-1，106.5 m2·g-1和46.4 m2·g-1.PtRu/Gr的ECSA分别是Pt/Gr 和Pt/C的1.4倍和3.2倍.ECSA的大小决定了催化剂催化活性的大小，所以可推测PtRu/Gr对甲醇氧化的电催化活性比Pt/Gr和Pt/C催化剂高.图5为PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L硫酸+0.5 mol/L甲醇溶液中的循环伏安图.从图5可以看到，在正向扫描过程中，PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.65 V左右分别出现峰电流If，此峰为甲醇氧化峰，与其对应的峰值电流分别为0.49 A·mg-1Pt,0.32 A·mg-1Pt和0.19 A·mg-1Pt.PtRu/Gr催化剂对甲醇氧化的峰值电流分别是Pt/Gr和Pt/C催化剂的1.5倍和2.6倍，在循环伏安曲线反扫过程中出现的峰电流Ib为中间产物氧化峰，PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂对应的峰值电流分别为0.18 A·mg-1P t,0.15 A·mg-1Pt和0.25 A·mg-1Pt.PtRu/Gr 催化剂对甲醇氧化的起始电位是0.2 V，与Pt/Gr和Pt/C催化剂相比分别负移了30 mV和50 mV，这表明PtRu/Gr对甲醇氧化有更高的催化活性.If和Ib的比值常用来评价催化剂的抗中毒能力，比值越大，抗中毒能力越好[13].PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂的If/Ib值分别为2.7，2.1和0.8，很明显PtRu/Gr对甲醇氧化中间体的抗中毒能力高于Pt/Gr和Pt/C，这是由于加入的Ru通过协同作用加快了对COad的去除.另外，Pt/Gr的If/Ib值亦远远高于Pt/C，这是由于石墨烯的表面含有少量的含氧官能团[14]，这些基团可提高其抗中毒能力，有利于COad的去除.图6为PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.6 V恒定电位下对甲醇电催化氧化的计时电流曲线.由图6可以看出，测试的初始阶段，催化剂的电流密度都急剧下降，这主要是由于催化剂被甲醇氧化反应的中间产物所毒化，而随着时间的延长逐渐趋于稳定状态.在测试的整个过程中，PtRu/Gr催化剂的电流密度值始终大于Pt/Gr和Pt/C，其高低顺序为PtRu/Gr>Pt/Gr>Pt/C.如在1 000 s时，PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C的稳态电流密度值分别为0.043 A·mg-1Pt，0.017 A·mg-1Pt和0.002 A·mg-1Pt.由此可知,PtRu/Gr催化剂电催化氧化甲醇的稳定性和活性优于Pt/Gr和Pt/C催化剂.图6 PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L硫酸+0.5 mol/L甲醇溶液中在0.6 V恒定电位下计时电流曲线Fig.6 Chronoamperometry measuremenof methanol oxidation on PtRu/Gr,Pt/Gr,and Pt/C catalysts at 0.6 V in 0.5 mol/L H2SO4+ 0.5 mol/L CH3OH solution3 结论采用有机溶胶法并结合冷冻干燥，制备了三维石墨烯负载PtRu合金纳米催化剂.其三维结构有利于催化剂粒子和电解液的接触，而且平均粒径约2.1 nm和高分散的PtRu合金粒子使催化剂具有更高的电化学活性表面积，所以PtRu/Gr催化剂对甲醇氧化的电催化活性分别是Pt/Gr和 Pt/C的1.5倍和2.6倍,Ru的加入也提高了催化剂对甲醇氧化中间体的抗中毒能力.Electrocatalytic performance of PtRu alloy nanoparticles supported on 3D graphene towards methanol oxidationKey words：3D graphene;PtRuGAO Hai-li,HE Li-lie,ZHANG Yong,ZHANG Sheng-li,WANG HaoCollege of Material and Chemical Engineering,Zhengzhou University ofLight Industry,Zhengzhou 450001,ChinaAbstract：PtRu alloy nanoparticles supported on 3D graphene(PtRu/Gr)were synthesized via organic sol method combined with freeze drying by using ethylene glycol as solvent and reducingagent,polyvinylpyrrolidone (PVP)as complexing agent.The morphology,composition,particle size,and phase structure were characterized by SEM,TEM,and XRD.The catalytic activities of PtRu/Gr toward methanol oxidation were evaluated by means of cyclic voltammetry and chronoamperometry and compared with those of self-made Pt/Gr and Pt/C catalysts.The results showed that highly dispersed PtRu alloy nanoparticles with average sizes of ca.2.1 nm are dispersed on the surfaces of 3D graphene,and its activity toward methanol oxidation is 1.5 and 2.6 times as high as that of Pt/Gr and Pt/C,respectively.Furthermore PtRu/Gr has high stability and poisoning tolerance to the intermediates in methanol oxidation.基金项目：国家自然科学基金项目(U1404201)；河南省高校科技创新团队支持计划项目(16IRTSTHN016)；郑州轻工业学院校级青年骨干教师培养对象资助计划项目(2013XGGJS007)；郑州轻工业学院研究生科技创新基金项目(2015002)；郑州轻工业学院大学生科技活动项目(2016014)作者简介：高海丽(1981—)，女，河南省周口市人，郑州轻工业学院副教授，博士，主要研究方向为新能源材料及电催化.中图分类号：O643文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.2096-1553.2016.5.007文章编号：2096-1553(2016)05-0036-07引用格式：高海丽，何里烈，张勇，等.三维石墨烯负载PtRu合金纳米粒子对甲醇氧化的电催化性能[J].轻工学报，2016，31(5)：36-42.为了确定催化剂中的Pt含量，采用 ICP-MS测试了催化剂的组成.结果显示PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂中Pt的实际载量分别为12.1 wt%，19.5 wt%和19.8 wt%，与理论值接近.图2为PtRu/Gr的SEM图.从图2a)可以看出石墨烯具有三维结构，比较蓬松，中间有很多孔洞.由图2b)可以更加直观、清楚地看到褶皱的石墨烯片层间有许多孔洞.由于放大倍数的限制，没有在SEM图中观察到纳米级的PtRu粒子，但在后面的TEM表征中可以看到PtRu纳米颗粒分散在石墨烯表面.可见，采用有机溶胶法并结合冷冻干燥制备的PtRu/Gr可有效避免石墨烯片层的堆积，并且这种三维结构也有利于催化剂和电解液的接触，提高电催化性能.PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂的TEM和HRTEM见图3，其中a),c)和e)为PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂的TEM图，b),d)和f)为相应的HRTEM图.从图3可以看出，纳米级催化剂粒子均匀分布在载体上，无明显团聚现象，说明本实验所采用的制备方法可以得到高分散的纳米催化剂.从图3a)，3b)，3c)和3d)可以看出，由于石墨烯和金属粒子间的相互作用，PtRu和Pt纳米粒子分别均匀分散在石墨烯的褶皱和边缘处.由图3e)可知Pt粒子均匀分布在碳载体表面.对比图3b)，3d)和3f)可明显发现催化剂的粒径大小顺序为Pt/C>Pt/Gr> PtRu/Gr,且PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C的平均粒径分别为2.1 nm,2.3 nm和2.6 nm，这与XRD分析得到的粒径大小基本一致.催化剂的粒径较小有利于得到较高的催化性能，所以PtRu/Gr对甲醇氧化的催化性能将可能高于Pt/Gr和Pt/C.图4为PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L硫酸溶液中的循环伏安图.从图4可以看出，在-0.2～0.1 V范围内，PtRu/Gr催化剂上氢的吸脱附峰最强，而Pt/C催化剂上氢的吸脱附峰最弱.电化学活性表面积(ECSA)可以反映Pt催化剂的活性大小，根据硫酸溶液中循环伏安曲线的氢吸附脱附峰面积可得出催化剂中Pt 吸附的电荷量QH/(C·m)-2，采用下式[12]可计算出催化剂的ECSA.ECSA=QH/QH ref=QH/(2.1×m)其中，单位表面积的Pt吸附的电荷量QH ref=2.1 C·m-2；m是催化剂中Pt的负载量/mg.由上式可计算出，PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂的ECSA分别为150.1 m2·g-1，106.5 m2·g-1和46.4 m2·g-1.PtRu/Gr的ECSA分别是Pt/Gr 和Pt/C的1.4倍和3.2倍.ECSA的大小决定了催化剂催化活性的大小，所以可推测PtRu/Gr对甲醇氧化的电催化活性比Pt/Gr和Pt/C催化剂高.图5为PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L硫酸+0.5 mol/L甲醇溶液中的循环伏安图.从图5可以看到，在正向扫描过程中，PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.65 V左右分别出现峰电流If，此峰为甲醇氧化峰，与其对应的峰值电流分别为0.49 A·mg-1Pt,0.32 A·mg-1Pt和0.19 A·mg-1Pt.PtRu/Gr催化剂对甲醇氧化的峰值电流分别是Pt/Gr和Pt/C催化剂的1.5倍和2.6倍，在循环伏安曲线反扫过程中出现的峰电流Ib为中间产物氧化峰，PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂对应的峰值电流分别为0.18 A·mg-1Pt,0.15 A·mg-1Pt和0.25 A·mg-1Pt.PtRu/Gr 催化剂对甲醇氧化的起始电位是0.2 V，与Pt/Gr和Pt/C催化剂相比分别负移了30 mV和50 mV，这表明PtRu/Gr对甲醇氧化有更高的催化活性.If和Ib的比值常用来评价催化剂的抗中毒能力，比值越大，抗中毒能力越好[13].PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂的If/Ib值分别为2.7，2.1和0.8，很明显PtRu/Gr对甲醇氧化中间体的抗中毒能力高于Pt/Gr和Pt/C，这是由于加入的Ru通过协同作用加快了对COad的去除.另外，Pt/Gr的If/Ib值亦远远高于Pt/C，这是由于石墨烯的表面含有少量的含氧官能团[14]，这些基团可提高其抗中毒能力，有利于COad的去除.图6为PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.6 V恒定电位下对甲醇电催化氧化的计时电流曲线.由图6可以看出，测试的初始阶段，催化剂的电流密度都急剧下降，这主要是由于催化剂被甲醇氧化反应的中间产物所毒化，而随着时间的延长逐渐趋于稳定状态.在测试的整个过程中，PtRu/Gr催化剂的电流密度值始终大于Pt/Gr和Pt/C，其高低顺序为PtRu/Gr>Pt/Gr>Pt/C.如在1 000 s时，PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C的稳态电流密度值分别为0.043 A·mg-1Pt，0.017 A·mg-1Pt和0.002 A·mg-1Pt.由此可知,PtRu/Gr催化剂电催化氧化甲醇的稳定性和活性优于Pt/Gr和Pt/C催化剂.图6 PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L硫酸+0.5 mol/L甲醇溶液中在0.6 V恒定电位下计时电流曲线Fig.6 Chronoamperometry measuremenof methanol oxidation on PtRu/Gr,Pt/Gr,and Pt/C catalysts at 0.6 V in 0.5 mol/L H2SO4+ 0.5 mol/L CH3OH solution3 结论采用有机溶胶法并结合冷冻干燥，制备了三维石墨烯负载PtRu合金纳米催化剂.其三维结构有利于催化剂粒子和电解液的接触，而且平均粒径约2.1 nm和高分散的PtRu合金粒子使催化剂具有更高的电化学活性表面积，所以PtRu/Gr催化剂对甲醇氧化的电催化活性分别是Pt/Gr和 Pt/C的1.5倍和2.6倍,Ru的加入也提高了催化剂对甲醇氧化中间体的抗中毒能力.Electrocatalytic performance of PtRu alloy nanoparticles supported on 3D graphene towards methanol oxidationKey words：3D graphene;PtRuGAO Hai-li,HE Li-lie,ZHANG Yong,ZHANG Sheng-li,WANG HaoCollege of Material and Chemical Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450001,ChinaAbstract：PtRu alloy nanoparticles supported on 3D graphene(PtRu/Gr)were synthesized via organic sol method combined with freeze drying by using ethylene glycol as solvent and reducingagent,polyvinylpyrrolidone (PVP)as complexing agent.The morphology,composition,particle size,and phase structure were characterized by SEM,TEM,and XRD.The catalytic activities of PtRu/Gr toward methanol oxidation were evaluated by means of cyclic voltammetry and chronoamperometry and compared with those of self-made Pt/Gr and Pt/C catalysts.The results showed that highly dispersed PtRu alloy nanoparticles with average sizes of ca.2.1 nm are dispersed on the surfaces of 3D graphene,and its activity toward methanol oxidation is 1.5 and 2.6 times as high as that of Pt/Gr and Pt/C,respectively.Furthermore PtRu/Gr has high stability and poisoning tolerance to the intermediates in methanol oxidation.基金项目：国家自然科学基金项目(U1404201)；河南省高校科技创新团队支持计划项目(16IRTSTHN016)；郑州轻工业学院校级青年骨干教师培养对象资助计划项目(2013XGGJS007)；郑州轻工业学院研究生科技创新基金项目(2015002)；郑州轻工业学院大学生科技活动项目(2016014)作者简介：高海丽(1981—)，女，河南省周口市人，郑州轻工业学院副教授，博士，主要研究方向为新能源材料及电催化.中图分类号：O643文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.2096-1553.2016.5.007文章编号：2096-1553(2016)05-0036-07引用格式：高海丽，何里烈，张勇，等.三维石墨烯负载PtRu合金纳米粒子对甲醇氧化的电催化性能[J].轻工学报，2016，31(5)：36-42.其中，单位表面积的Pt吸附的电荷量QH ref=2.1 C·m-2；m是催化剂中Pt的负载量/mg.由上式可计算出，PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂的ECSA分别为150.1 m2·g-1，106.5 m2·g-1和46.4 m2·g-1.PtRu/Gr的ECSA分别是Pt/Gr 和Pt/C的1.4倍和3.2倍.ECSA的大小决定了催化剂催化活性的大小，所以可推测PtRu/Gr对甲醇氧化的电催化活性比Pt/Gr和Pt/C催化剂高.图5为PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.5 mol/L硫酸+0.5 mol/L甲醇溶液中的循环伏安图.从图5可以看到，在正向扫描过程中，PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.65 V左右分别出现峰电流If，此峰为甲醇氧化峰，与其对应的峰值电流分别为0.49 A·mg-1Pt,0.32 A·mg-1Pt和0.19 A·mg-1Pt.PtRu/Gr催化剂对甲醇氧化的峰值电流分别是Pt/Gr和Pt/C催化剂的1.5倍和2.6倍，在循环伏安曲线反扫过程中出现的峰电流Ib为中间产物氧化峰，PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂对应的峰值电流分别为0.18 A·mg-1Pt,0.15 A·mg-1Pt和0.25 A·mg-1Pt.PtRu/Gr 催化剂对甲醇氧化的起始电位是0.2 V，与Pt/Gr和Pt/C催化剂相比分别负移了30 mV和50 mV，这表明PtRu/Gr对甲醇氧化有更高的催化活性.If和Ib的比值常用来评价催化剂的抗中毒能力，比值越大，抗中毒能力越好[13].PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂的If/Ib值分别为2.7，2.1和0.8，很明显PtRu/Gr对甲醇氧化中间体的抗中毒能力高于Pt/Gr和Pt/C，这是由于加入的Ru通过协同作用加快了对COad的去除.另外，Pt/Gr的If/Ib值亦远远高于Pt/C，这是由于石墨烯的表面含有少量的含氧官能团[14]，这些基团可提高其抗中毒能力，有利于COad的去除.图6为PtRu/Gr，Pt/Gr和Pt/C催化剂在0.6 V恒定电位下对甲醇电催化氧化的计时电流曲线.由图6可以看出，测试的初始阶段，催化剂的电流密度都急剧下降，这主要是由于催化剂被甲醇氧化反应的中间产物所毒化，而随着时间的延长逐渐趋于稳定状态.在测试的整个过程中，PtRu/Gr催化剂的电流密度值始终大于Pt/Gr和Pt/C，其高低顺序为PtRu/Gr>Pt/Gr>Pt/C.如在1 000 s时，PtRu/Gr,Pt/Gr和Pt/C的稳态电流密度值分别为0.043 A·mg-1Pt，0.017 A·mg-1Pt和0.002 A·mg-1Pt.由此可知,PtRu/Gr催化剂电催化氧化甲醇的稳定性和活性优于Pt/Gr和Pt/C催化剂.采用有机溶胶法并结合冷冻干燥，制备了三维石墨烯负载PtRu合金纳米催化剂.其三维结构有利于催化剂粒子和电解液的接触，而且平均粒径约2.1 nm和高分散的PtRu合金粒子使催化剂具有更高的电化学活性表面积，所以PtRu/Gr催化剂对甲醇氧化的电催化活性分别是Pt/Gr和 Pt/C的1.5倍和2.6倍,Ru的加入也提高了催化剂对甲醇氧化中间体的抗中毒能力.【相关文献】[1] CHA H C,CHEN C Y,SHIU J Y.Investigation on the durability of direct methanol fuel cells [J].J Power Sources,2009,192(2): 451.[2] GAO H,LIAO S,ZENG J,et al.Platinum decorated Ru/C: Effects of decorated platinumon catalyst structure and performance for the methanol oxidation reaction [J].J Power Sources,2011,196(1): 54.[3] LIU H,SONG C,ZHANG L,et al.A review of anode catalysis in the direct methanol fuel cell [J].J Power Sources,2006,155(2): 95.[4] NOURALISHAHI A,RASHIDI A M,MORTAZAVI Y,et al.Enhanced methanol electro-oxidation reaction on Pt-CoOx/MWCNTs hybrid electro-catalyst [J].Appl SurfSci,2015,335:55.[5] CHANG Y,HAN G,LI M,et al.Graphene-modified carbon fiber mats used to improve the activity and stability of Pt catalyst for methanol electrochemical oxidation[J].Carbon,2011,49(15): 5158.[6] ARBIZZANI C,RIGHI S,SOAVI F,et al.Graphene and carbon nanotube structures supported on mesoporous xerogel carbon as catalysts for oxygen reduction reaction in proton-exchange-membrane fuel cells [J].Int J Hydrogen Energy,2011,36(8): 5038.[7] 高海丽,李小龙,贺威,等.一步法制备还原态氧化石墨烯载铂纳米粒子及其对甲醇氧化的电催化性能 [J].物理化学学报,2015,31(11): 2117.[8] JEHNG J M,LIU W J,PAN T C,et al.Preparation of Pt nanoparticles on different carbonaceous structure and their applications to methanol electro-oxidation [J].Appl Surf Sci,2013,268 (3): 425.[9] HUANG Y,LIU Y,YANG Z,et al.Synthesis of yolk/shell Fe3O4-polydopamine-graphene-Pt nanocomposite with high electrocatalytic activity for fuel cells [J].J PowerSources,2014,246(1):868.[10]GAO H L,LIAO S J,ZENG J H,et al.Preparation and characterization of platinum-decorated Ru/C catalyst with high performance and superior poison tolerance[J].Acta Phys Chim Sin,2010,26(12): 3193.[11]LIU Z,LEE J Y,CHEN W,et al.Physical and electrochemical characterizations of microwave-assisted polyol preparation of carbon-supported PtRu nanoparticles[J].Langmuir,2003,20(1): 181.[12]ZHOU Y,HE B,ZHOU W,et al.Electrochemical capacitance of well-coated single-walled carbon nanotube with polyaniline composites [J].Electrochim Acta,2004,49(2): 257. [13]GAO H,LIAO S,LIANG Z,et al.Anodic oxidation of ethanol on core-shell structuredRu@PtPd/C catalyst in alkaline media [J].J Power Sources,2011,196(15): 6138.[14]LIANG Q,ZHANG L,CAI M,et al.Preparation and charaterization of Pt/functionalized graphene and its electrocatalysis for methanol oxidation [J].Electrochim Acta,2013,111(11): 275.。
《2024年PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》范文
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》篇一一、引言随着现代工业和能源技术的快速发展，电催化技术因其高效、环保的特性在能源转换和存储领域发挥着越来越重要的作用。
在众多电催化材料中，PtCu双功能纳米催化材料因其高催化活性和良好的稳定性备受关注。
本文旨在探讨PtCu双功能纳米催化材料的合成方法及其电催化性能，为电催化技术的发展提供新的思路。
二、PtCu双功能纳米催化材料的合成（一）合成原理合成PtCu双功能纳米催化材料主要通过物理气相沉积、溶液相法、微乳液法等方法，结合控制剂与表面活性剂的影响，通过控制金属的还原速度与原子分布来达到预期的合成效果。
本文采用溶液相法进行合成，利用化学还原剂将金属离子还原为金属单质，并在控制剂的引导下形成PtCu合金结构。
（二）实验材料与步骤1. 实验材料：铂盐、铜盐、还原剂、控制剂、溶剂等。
2. 实验步骤：首先，将所需原料按比例溶解在溶剂中；其次，加入控制剂与表面活性剂进行稳定与形貌调控；再次，进行溶液中金属的化学还原；最后，进行过滤与清洗处理得到目标材料。
（三）合成结果与讨论通过控制反应条件，成功合成了不同尺寸和结构的PtCu双功能纳米催化材料。
通过对材料进行表征，包括XRD、SEM、TEM等手段，可以观察到材料具有较高的结晶度与均匀的尺寸分布。
此外，通过调节反应参数，可以实现对材料形貌的有效调控。
三、电催化性能研究（一）实验方法对合成的PtCu双功能纳米催化材料进行电化学测试，包括循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）等，以评估其电催化性能。
通过分析电化学反应过程，计算材料在反应中的反应活性及耐久性。
（二）结果与讨论实验结果表明，PtCu双功能纳米催化材料在电化学反应中表现出良好的催化活性与稳定性。
在特定反应中，该材料表现出较高的电流响应与较低的过电位，显示出其优异的电催化性能。
此外，材料具有良好的耐久性，能够维持较高的电催化性能经过多次循环使用。
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》范文
《PtCu双功能纳米催化材料的合成及其电催化性能研究》篇一一、引言随着现代工业和科技的快速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域中得到了广泛的应用。
其中，双功能纳米催化材料因其具有优异的催化性能和良好的稳定性，在电化学领域中受到了广泛的关注。
本文以PtCu双功能纳米催化材料为研究对象，对其合成方法及电催化性能进行了深入研究。
二、PtCu双功能纳米催化材料的合成（一）合成方法本文采用一种简便的液相合成法来制备PtCu双功能纳米催化材料。
首先，将适量的Pt盐和Cu盐溶解在有机溶剂中，然后加入还原剂，使金属离子还原为金属原子。
接着，通过控制反应条件，使金属原子在溶液中自组装成纳米颗粒。
最后，通过离心、洗涤等步骤得到纯净的PtCu双功能纳米催化材料。
（二）表征方法为了了解所合成材料的结构和性质，我们采用了多种表征手段。
包括X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和能量散射X射线谱（EDX）等。
通过这些表征手段，我们可以得到材料的晶体结构、形貌、尺寸以及元素组成等信息。
三、电催化性能研究（一）实验装置及方法电催化性能测试在电化学工作站上进行。
我们采用三电极体系，以所合成的PtCu双功能纳米催化材料为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）为参考电极，铂片为对电极。
在一定的电位范围内进行循环伏安扫描（CV）和线性扫描伏安扫描（LSV）测试，以评估材料的电催化性能。
（二）实验结果及分析1. 循环伏安扫描（CV）结果：在CV曲线中，我们可以观察到明显的氢吸附/脱附峰和金属氧化还原峰。
这表明所合成的PtCu双功能纳米催化材料具有良好的电化学活性。
此外，与商业Pt催化剂相比，所合成的PtCu双功能纳米催化材料表现出更高的电化学活性面积。
2. 线性扫描伏安扫描（LSV）结果：在LSV测试中，我们评估了所合成的PtCu双功能纳米催化材料在碱性溶液中对氧还原反应（ORR）的电催化性能。
结果表明，该材料具有优异的ORR 催化性能，其起始电位和半波电位均接近甚至优于商业Pt催化剂。
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微波合成 $%&’*) 纳米催化剂及其对甲醇电化学氧化性能
陈卫祥 !!"!# 俞贵艳 " 赵 杰"
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微波
$%&’ 合金纳米粒子
催化剂
燃料电池
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引
言
经 合 成 了 ]6%’/ 碳 和 碳 纳 米 管 负 载 的 铂 纳 米 粒 子 催化剂 # 实验表明它对甲醇的氧化具有较高的电催 化活性YZZ.Z/\# 同时还用这种方法合成了作为电化学超 级电容器电极材料的 VOW]6%’/ 纳米复合材料YZ-\! 本 文工作是进一步用微波技术快速合成了 8UVOW6 纳 米催化剂 # 并对其对甲醇电化学氧化性能进行了初 步研究 ! 结果发现 8UVO 合金纳米粒子具有均匀的尺 寸 # 其 平 均 粒 径 在 -+0 @< # 并 非 常 均 匀 地 分 布 在 载 体碳的表面 ! 初步研究表明微波合成的 8UVOW6 催化 剂对甲醇的电化学氧化具有很好的电催化活性 !
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HDK M/IFN I.O PIQ$MRSN BMTN OMB$QMU&$MV. VW /MRQVXIAN BY.$ZNBMTNO #$%&’( RI$ISYB$
体的表面 " 从图 ) 的尺寸分布图还可以发现微波合 成的 #$%& 纳米粒子的粒径大多数在 )*+,-*+ ./ # 只 有很少部分的粒径大于 -*+ ./ 或小于 "*- ./" 作为一种快速和均匀的加热方法 $ 微波加热已 成功地应用于多元醇方法合成多种聚合物稳定的金 属纳米粒子01,!+2% 其主要原理是乙二醇具有高的介电 常 数 3 在 室 温 下 为 4!*45 和 介 电 损 失 $ 在 微 波 辐 射 下 可以被快速加热$ 在高温下乙二醇可以原位产生
#$%&’( 上 的 电 化 学 氧 化 电 流 密 度 为 +*14 E& /F G! #$%&$而商业化的 #$%&’( 催化剂的电化学氧化电流 & 密度为 +*48 E /FG! #$%&% 这表明微波合成的 #$%&’ ( 催化剂在室温下对甲醇的电化学氧化具有更高的
万方数据
图) 微波合成 #$%&’( 纳米催化剂的 HDK 照片和 #$%& 纳米粒子的尺寸分布图
直 接 甲 醇 燃 料 电 池 RS3T62 具 有 能 量 转 化 效 率
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实验部分
$%&’() 纳米催化剂的微波合成和表征 % % ^/8U6E, ,^/X 和 VO6E,^/XR7?:;<;%DE9P?FJ#D+ 6+7+ V=;:=@U2 作为前驱体 合 成 8UVOW6 纳 米 催 化 剂 ! 在含有 /#+& <_ 乙二醇 R 3;EE?@F‘9*PU#D+V+2 的 Z&& <_ 烧 杯 中 # 加 入 Z+& <_ 的 &+&# <*E% _ aZ ^/8U6E,% ,^/X 和 Z+& <_ 的 &+&# <*E% _ aZ VO6E- 水 溶 液 #&+# <_ 的 &+!& <*E% _ aZ bX^ 和 &+&!& : 的 ]6%’/ 碳 &54C 表面积为 //& </ % :aZ# 平均粒经为 !& @<’# 超 声波分散 / J# 使其充分混合均匀 ! 然后将烧杯置于 微 波 炉 中 间 R);U?*@;E ))%7-/’cT#/ !#& 3^M#’&& c2 利用微波加热 #& L # 过滤 # 并用丙酮充分洗涤 # 得
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结果与讨论
根据多次 %/. 分析结果 $ 微波合成的 0123N=
纳米催化剂中的 0123 合金的质量分数为 !+Y@Z $01 和 23 的原子比为 #Y,$[:Y,G:Y:F $ 符合初始混合材料 中碳 $铂 $钌 >\,$!,$:, 的质量比例 ! 因此 $ 可以说明在 载体碳存在下 $ 在微波辐射加热 V!01=6+ 和 23=6H 的 乙二醇溶液可以有效地将 0123 合金粒子负载到载 体 碳 上 ! 图 : 是 微 波 合 成 0123N= 纳 米 催 化 剂 的
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电化学实验 室温下甲醇在微波合成的 0123N= 催化 剂 上 电
化学氧化的极化曲线在 %IOI !;H 和三电极体系中 测量 ! 少量的 0123N= 催化剂 $PQR5SA 溶液与蒸馏水 混合均匀 $ 涂在玻璃碳电极上作为工作电极 $ 具体制 备和实验过程见文献T:@U! 饱和甘汞电极 <(=%F 为参比 电极万方数据 $ 电解质溶液 为 <! BS6% ’ E: =VH&VW: BS6% ’ E: V!(&@F的水溶液 ! 甲醇在 0123N= 催化剂上电化学氧 化的极化性能测试之前 $ 进行 !" 次循环伏安活化 $ % 扫描速度 *" B8E:$ 电位范围 "G;" B-<X8 (=%F!
收修改稿日期 &"$$!%&’%&# !
国家自然科学基金资助项目 ()*+#&$’$&,-./&&&-&&01 " 浙江省自然科学基金资助项目 ()*+/&&&#-2 和 34567 89*:9;<<= *> 7?@:;A*9=%3BC
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研究简报
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高 "无污染 "无噪音 "系统结构简单 "能量密度高和燃 料补充方便等优点 # 在交通 " 通讯 " 军事和航天等方 面具有广泛的应用前景 ! 由于 8UVOW6 催化剂对甲醇 万方数据 的电化学氧化具有很好的催化活性和良好的抗 中毒性能 # 是 S3T6 中最主要的阳极催化剂 ! 其传 统的制备主要是采用浸渍 % 还原方法 # 即 $ 把碳载体 充分浸渍在含有贵金属盐的溶液中 # 然后使吸附在 碳载体上的金属盐在还原性气氛下高温还原 ! 但是 这种方法难以获得尺寸和形状均匀的纳米粒子 ! 众 所周知 # 催化剂微粒的大小和均匀性是影响其催化 性能的一个重要因素 ! 因此 #如何制备粒径适宜 "大 小均匀 #并高度分散在碳载体上的 8UVO 合金纳米粒 子 对 于 获 得 高 性 能 的 S3T6 阳 极 催 化 剂 具 有 重 要 意义 ! 微波辐射加热具有快速 "均匀和高效的特点 # 已经被广泛地运用在多种纳米材料的合成中 # 如 $金 属氧化物 YZ[-\" 硒化物 Y!.#\" 硫化物 Y,\ 和单分散金属纳米 粒子 Y’[Z&\! 最近有报道微波协助加热的多元醇工艺可 以合成聚合物保护的多种纳米金属粒子 ( 如 8U #VO#
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.0( 87^d1cQ SR [Q_ 01@" QAh [‘_ 23H# RSc B5dcSeQX^ 8fA14^85g^h 0123N= dQ1Q6f81
的一对峰对应于 01! "01& 和 01[&V_!#! 如图 ![‘_ 所 示 $23H#HN! 在 @+:Y: ^- 和 23H#:N! 在 @\HY! ^- 对 应 于 金 属 23 $23H#HN! 在 @+@Y; ^- 的 峰 对 应 于 化 学 态
第 !" 期
陈卫祥等 ! 微波合成 #$%&’( 纳米催化剂及其对甲醇电化学氧化性能
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官能团相互作用的铂离子和钌离子成为成核的前驱 体 $ 在高温下被乙二醇原位产生的还原剂还原 $ 然后 生长为细小的 #$%& 合金纳米粒子 " 由于新生成的纳 米铂粒子被锚定在碳载体的表面 $ 阻止了纳米粒子 之间的团聚 " 因此 $ 微波加热的多元醇工艺可以将乙 二醇溶液中铂和钌盐还原生成 #$%& 合金纳米粒子 " 这些微波合成的 #$%& 纳米粒子且具有细小和均匀 的尺寸 $并均匀地负载在载体碳的表面 " 图 4 是甲醇在微波合成 #$%&’( 纳米催 化 剂 和 一 种 商 业 化 的 #$%&’( 催 化 剂 <#$%& 质 量 分 数 为 )+*+=$#$"%&>!*+"!*+?催化剂上电化学氧化的准稳态 极化曲线 " 从图 4 可以发现在相同的极化电位下甲 醇在微波合成的 #$%&’( 催化剂上电化学氧化的极 化电流密度大于在商业化的 #$%&’( 催化剂上的 " 例 如 在 +*-+ @ AB C(D 电 位 下 $ 甲 醇 在 微 波 合 成 的