具有优化的表面氧化状态的Pt纳米颗粒的等离子体诱导形成,用于甲醇氧化和氧降低反应,以实现高性能DMFC
Tingting Hu1, Weiheng Chen1,2, Yubing Liu1
1Key Laboratory of Optical Field Manipulation of Zhejiang Province, Department of Physics, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou, 310018, P. R. China.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|July 19, 2023
概括
等离子处理合成纳米颗粒在添加的碳纳米管上,增强甲醇和氧反应的催化活性. 这种新型催化剂在直接甲醇燃料电池中表现出卓越的性能和稳定性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 开发高效和稳定的催化剂对于能源转换技术至关重要.
- 纳米粒子 (Pt NPs) 是重要的催化剂,但通常需要高负载,增加成本.
- 添加碳纳米管 (NCNTs) 由于其独特的电子特性,提供了一个有前途的支材料.
研究的目的:
- 在含量低的碳纳米管 (p-Pt/p-NCNT) 上合成纳米颗粒.
- 为了增强 Pt NPs 的催化活性和稳定性,用于甲醇氧化反应 (MOR) 和氧减少反应 (ORR).
- 调查等离子体处理和降低催化剂合成和性能中的作用.
主要方法:
- 对NCNT进行等离子处理,以引入表面缺陷.
- 血还原以合成具有优化氧化状态的 Pt NPs.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以了解催化剂-表面相互作用.
- 对MOR和ORR活性和稳定性的电化学测试.
- 直接甲醇燃料电池 (DMFC) 的制造和测试.
主要成果:
- 成功合成了p-Pt/p-NCNT,其Pt含量较低 (7.8%).
- 与传统催化剂相比,实现了优越的催化活性和MOR和ORR的良好稳定性.
- DFT的计算证实了等离子体诱导的缺陷增强了Pt NP的增长和电子合.
- 血还原优化了Pt NP表面氧化状态,降低了关键反应的能量障碍.
- 使用p-Pt/p-NCNT作为阳极和阴极催化剂的DMFC表现出高的最大功率密度 (81.9 mW cm−2) 和良好的耐用性.
结论:
- 等离子处理和减少是合成高活性和稳定的Pt/NCNT催化剂的有效方法,具有较低的Pt负荷.
- 设计的表面缺陷和优化的氧化状态显著提高了催化性能.
- 开发的p-Pt/p-NCNT催化剂在直接甲醇燃料电池中的应用具有很好的潜力.
