通过热调节形状控制的Pt-Ni纳米颗粒的电催化氧降解反应活性和稳定性 - 阐明表面原子结构和组成变化
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
概括
- (Pt-Ni) 合金八面体的合成后化显著提高了燃料电池的氧降解反应 (ORR) 活性. 在300°C的最佳火过程中,ORR活性是商业催化剂的25倍.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 纳米技术
背景情况:
- 控制形状的八面体 (Pt-Ni) 合金纳米颗粒由于其在氧降解反应 (ORR) 中的高活性,可以作为燃料电池的阴极催化剂.
- 优化这些Pt-Ni纳米八面体的催化性能和稳定性需要了解和控制合成后热处理对其表面结构和组成的影响.
研究的目的:
- 阐明Pt-Ni合金纳米粒子在合成后发生的表面化学过程.
- 确定ORR的回火温度,表面结构和催化活性/稳定性之间的基本相关性.
主要方法:
- 使用了现场传输电子显微镜 (TEM),现场X射线衍射 (XRD) 和现场电化学里埃转换红外光谱 (FTIR) 的组合.
- 使用偏差校正扫描传输电子显微镜 (STEM) 与能量分散X射线光谱 (EDX).
- 在现场进行电化学CO剥离和FTIR实验以分析表面域和化学吸收能量.
主要成果:
- 在300°C火后,ORR活性显著增加 (大约是商业Pt/C的25倍).
- 在500°C进行更严格的热处理后,观察到最大的电化学稳定性.
- 详细的分析显示了111个方面富含Pt和富含Ni的表面域的差异,最佳的化导致了平衡的Pt丰富.
结论:
- 合成后的热处理对于优化Pt-Ni合金纳米催化剂的ORR性能至关重要.
- 通过在300°C控制火实现平衡的Pt表面丰富,最大限度地提高了催化活性.
- 这些发现为开发其他合金纳米催化剂的热处理策略提供了一般的见解.
