熱アニリングによる形状制御のPt-Niナノ粒子の電気触媒酸素還元反応の活性と安定性の調整 - 表面の原子構造と組成の変化の解明
Vera Beermann1, Martin Gocyla2, Stefanie Kühl1
1Electrochemical Energy, Catalysis and Material Science Laboratory, Department of Chemistry, Technical University Berlin , 10623 Berlin, Germany.
Journal of the American Chemical Society
|October 12, 2017
まとめ
プラチナ-ニッケル (Pt-Ni) 合金八面体の合成後の火は,燃料電池の酸素還元反応 (ORR) の活性を大幅に高めます. 300°Cでの最適解熱は,商用触媒よりも25倍高いORR活性をもたらします.
科学分野:
- 材料科学
- 電気化学
- ナノテクノロジー
背景:
- 形状制御された八面性プラチナ-ニッケル (Pt-Ni) 合金ナノ粒子は,酸素還元反応 (ORR) で高い活性があるため,燃料電池のカトド触媒として有望である.
- これらのPt-Niナノオクターヘッドの触媒性能と安定性を最適化するには,合成後の熱処理が表面構造と組成に与える影響を理解し,制御する必要があります.
研究 の 目的:
- Pt-Ni合金ナノ粒子の合成後の熱処理で発生する表面化学プロセスを解明する.
- 溶解温度,表面構造,ORRの触媒活性/安定性との根本的な相関を確立する.
主な方法:
- 局所伝送電子顕微鏡 (TEM),局所X線 difraktion (XRD),および局所電気化学的なフーリエ変換赤外線 (FTIR) スペクトルスコピーの組み合わせを使用した.
- 偏差修正スキャニング伝送電子顕微鏡 (STEM) とエネルギー分散型X線スペクトル顕微鏡 (EDX) を採用した.
- 表面領域と化学吸収エネルギーを分析するために,現地で電気化学的なCO剥離とFTIR実験を行った.
主要な成果:
- 300 °Cでの火後にORRの活性が著しく増加した (Pt/Cのおよそ25倍).
- 最大の電気化学的安定性は,500 °Cでのより厳しい熱処理後に観察されました.
- 詳細な分析により,Ptが豊富な表面領域とNiが豊富な表面領域の差異が明らかになり,最適の解熱により,バランスのとれたPt濃度が得られました.
結論:
- 合成後の熱処理は,Pt-Ni合金ナノ触媒のORR性能を最適化するために不可欠です.
- Ptのバランスのとれた表面濃縮は,300 °Cで制御されたアニリングによって達成され,触媒活性が最大化されます.
- この発見は,他の合金ナノ触媒の熱処理戦略を開発するための一般的な洞察を提供します.
