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Nano Research:石墨烯负载PtNiP纳米簇高效催化甲醇电氧化

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石墨烯联盟 2021-03-02 22:25

直接甲醇燃料电池(DMFC)具有高的能量转换效率和高的能量密度,因此成为了一种极具吸引力的新型能源转换设备。目前用于阳极甲醇氧化反应(MOR)的最佳催化剂仍然是Pt,但是其成本高并且易中毒,因此仍需开发性能更佳的MOR电催化剂。为了获得活性高、稳定性佳的MOR催化剂,载体材料是至关重要的,因为催化剂与载体之间的相互作用不仅可以提高催化剂的利用率,还可以改善催化剂的电子结构。而石墨烯作为一种良好的催化剂载体,其中的范德华力使催化剂容易形成堆叠结构从而阻塞活性位点。此外,表面官能团的缺失也使石墨烯不利于用做催化剂载体,因此如果将杂原子掺杂到石墨烯载体中,可以弥补上述的这些缺点,并导致更强的金属-载体相互作用。此外,P的掺杂还可以调节Pt催化剂的电子结构,并改变d带中心,从而提高抗CO的能力。为了更容易将P引入到Pt中,还需要引入过渡金属M,从而形成Pt-M-P结构。

鉴于此,哈尔滨工程大学的王贵领教授课题组联合长春应化所邢巍研究员课题组报道了一种新型的P掺杂石墨烯负载的超小PtNiP纳米簇电催化剂(PtNiP/P-graphene),在酸性条件下实现了高活性和耐久性的MOR性能。

本文要点:

1) 通过简单的次磷酸盐辅助共还原法成功制备出P掺杂石墨烯负载的PtNiP纳米簇电催化剂,其中次磷酸盐在构建Ni-P基质并将Pt引入到Ni-P基质中起着重要的作用,P的掺杂以及NaH2PO2的尺寸限制生长效应可以提高石墨烯载体的作用力并增加锚定位点,从而使超小的PtNiP纳米簇均匀地分散在石墨烯载体上。

2) 通过P的掺杂,可以调节Pt的电子结构,降低Pt的d带中心,同时降低了PtNiP/P-graphene表面对CO的吸附强度,从而提高了CO耐受性。

3) 在酸性条件下,该PtNiP/P-graphene表现出优异的MOR性能,其质量活性为826.1 A•g-1Pt,是商业Pt/C的2.58倍。经过1000个循环以后,其活性仅衰减36.0%。

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Long Yang, et al., Nanocluster PtNiP supported on graphene as an efficient electrocatalyst for methanol oxidation reaction. Nano Res. https://doi.org/10.1007/s12274-021-3300-8.

文章来源:NanoResearch

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