铂粒子尺寸越小催化剂的性能越好吗

铂粒子尺寸越小催化剂的性能越好吗

2016-04-24 13:17来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部

极小尺寸铂纳米粒子与核壳结构催化剂的示意图

纳米技术的发展引起了催化剂领域的研究热潮，人们将贵金属粒子做成纳米级别，发现在同等催化效率的前提下，贵金属的用量大幅降低。理论上讲，贵金属粒子尺寸越小，其比表面积越大，参与催化反应的活性位点越多，那是否意味着粒子尺寸越小，其催化性能就越高呢？

以铂催化剂为例。的确有大量案例表明，随着铂粒子尺寸降低，其活性得到了极大的提升，但这并不意味着铂粒子越小越好。催化剂的活性是很多因素的综合结果，铂粒子的尺寸只是其中之一。最近，科学家在研究燃料电池中的铂催化剂时发现，随着铂粒子尺寸降低，整个催化剂的活性反而大幅下降，这与理论推测背道而驰。进一步深入研究发现，铂粒子尺寸太小时会进入载体孔洞内部，无法参与催化反应。所以较为准确的说法应该是：参与反应的铂的比表面积越大，整体催化剂的活性越高。

基于这一思路，科学家设计了一种核壳结构，即用贱金属或其他低成本的物质做核，然后在其表面沉积一层铂，整个复合颗粒的尺寸略大于载体的孔洞。一方面减少了铂用量，另一方面又避免了铂粒子进入载体孔洞内部而失效，同时由于铂层很薄，还保留了纳米粒子的特性，因而整体催化性能很高。

以下是小尺寸铂纳米粒子催化剂与核壳结构催化剂的示意图。图a中小纳米粒子一部分负载在碳载体表面，还有大量的进入碳的孔洞中无法参与催化；图b 是制得的核壳结构，因整体尺寸大于碳载体孔洞，所以能绝大部分分布在表面。