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直接液体燃料电池(DLFCs)由于其能量密度高、环境友好、低毒等优点,在交通、便携式电子设备等领域具有广阔的应用前景,被认为是先进的替代型可再生绿色能源。甲醇、乙醇、甲酸等小分子作为重要的DLFCs燃料而备受关注。
为了获得更高的输出电压和转换效率,DLFCs一般都需要催化剂来降低电化学反应中的过电势,而贵金属Pt是研究最多、应用最广、最高效的燃料电池催化剂。但由于Pt的稀缺特性和昂贵的价格,及其易被中间反应产物中毒等原因限制了其大规模应用。为解决这些问题,一种方法是设计制备特定结构的Pt催化剂,另一种方法是引入过渡金属来构建具有协同效应的双元金属Pt基纳米催化剂。
最近,北京科技大学王荣明教授和北京航空航天大学崔益民教授(共同通讯)利用一种温和的湿化学方法制备了具有不同形貌的Pt3Zn纳米晶体催化剂,表现出优异的甲醇、乙醇催化氧化性能。
研究团队以乙酰丙酮铂为前驱体在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,通过改变不同的还原剂如抗坏血酸(AA)、葡萄糖(Glc)和柠檬酸钠(SC)来改变Pt3Zn合金的形貌,制备的双元金属Pt3Zn合金催化剂在催化甲醇和乙醇小分子时显示出优异的催化性能和较好的长期稳定性。
透射电子显微分析、X射线光电子能谱等分析表明,优化后的Pt3Zn(AA)纳米晶由于其特殊的形貌结构而拥有较多的活性位点,在催化氧化甲醇和乙醇时表现出最高的催化活性,其质量比活性分别为1251.4mA mgPt-1和975.7 mA mgPt-1,分别是商业Pt/C的4.28倍和3.02倍。
此外,Pt3Zn体系纳米晶体催化剂相比商业Pt/C催化剂具有更好的抗CO中毒能力,其优异的催化性能归因于Zn和Pt双金属间的协同效应。
该研究为制备不同形貌的Pt基合金催化剂以及其他贵金属基催化剂提供了一种新的思路。
相关工作发表在ChemCatChem,DOI:10.1002/cctc.201900649
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cctc.201900649
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