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第一作者：Yan Li

通讯作者：施剑林，陈立松，魏新发

通讯单位：中科院上海硅酸盐研究所、华东师范大学、中国科学院青岛生物能源与过程研究所、

论文速览

在水分解中用热力学有利的甘油氧化反应(GOR)代替析氧反应提供了一种有希望的方法来生产除氢气之外的高价值化学品，然而，该方法的缺点是最受欢迎和增值的C₃产品的选择性特别低，并且GOR的电流密度仍然不令人满意。

本论文研究了一种新型蜂窝状PtAu合金催化剂，用于高效电催化甘油氧化升级为C₃化学品，并与氢气生产耦合。

研究发现，由于Pt和Au的合金效应，该催化剂在0.4 V vs RHE的低电位下即可提供30 mA cm^-2的电流密度，并且在1.6 V vs RHE下实现了高达921.5 mA cm^-2的电流密度，同时保持了62%的C₃产品选择性。实验和理论研究表明，Au和Pt在原子水平上的合金化显著促进了电极表面OH^–物种的吸附，降低了甘油氧化反应的能垒。

同时，甘油的吸附构型在决定产品类型中起着关键作用，优化后的构型避免了C-C键断裂产生C₂和C₁化学品（尤其是有毒的CO），从而将甘油电氧化产品升级为C₃产品。本研究为将甘油转化为C₃化学品提供了一种高性能的hp-PtAu/NF合金电催化剂，并为提高性能提供了机理见解，为从甘油氧化中同时电催化生产H₂和附加值C₃化学品提供了一条节能且有前景的途径。

图文导读

图1：PtAu合金的成功合成及其形貌特征。

图2：hp-PtAu/NF电极在不同条件下的LSV曲线、不同催化剂的LSV曲线、hp-PtAu/NF在不同电位下的甘油转化率和C₃选择性、不同电位下Pt/NF、hp-PtAu/NF和Au/NF催化剂的甘油转化率和C₃选择性比较、hp-PtAu/NF在不同电位下的电化学原位FTIR谱图、电催化甘油氧化生成C₃化学品的反应途径。

图3：hp-PtAu/NF、Au/NF和Pt/NF在含甘油的1 M KOH溶液中的Bode图、在GOR过程中的R_ct值拟合、不同KOH浓度下的性能、不同甘油浓度下的性能。

图4：hp-PtAu/NF和Pt/NF在不同电位下的电化学原位拉曼光谱、PtAu合金和纯Pt电极上的OH*的吉布斯自由能、甘油分子在hp-PtAu/NF和Pt/NF表面的吸附构型示意图。

图5：Pt₁Au₁/NF阴极在有无甘油添加条件下的LSV曲线、Pt₁Au₄/NF || Pt₁Au₁/NF电池在不同电解液中的LSV曲线、恒定电压电解条件下甘油及其氧化产物的浓度随时间变化、整体电解过程中氢气的GC测量量和相应的法拉第效率。

总结展望

本文通过开发蜂窝状PtAu合金催化剂，实现了甘油电催化升级为C₃化学品的同时生产氢气。该催化剂展现了优异的电催化性能，特别是在低电位下即可达到高电流密度，并且在较高电位下保持了高C₃产品选择性。

这项工作不仅提供了一种高效的电催化剂，还深入理解了合金催化剂在甘油氧化反应中的吸附调制机制，为设计和开发新型电催化剂提供了重要的理论和实验依据。未来的工作可以进一步优化催化剂结构，提高其在工业应用中的性能和稳定性。

文献信息

标题：PtAu alloying-modulated hydroxyl and substrate adsorptions for glycerol electrooxidation to C3 products

期刊：Energy & Environmental Science

DOI：10.1039/D4EE00485J

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