上海光源XAFS线站用户在贵金属催化剂研究领域获重大突破

2016/12/22 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

近日,苏州大学材料与化学化工学部黄小青课题组在二维铂基纳米催化剂的制备和催化氧还原反应方面取得重要进展。相关研究成果以“Biaxially Strained PtPb/Pt Core/Shell Nanoplate Boosts Oxygen Reduction Catalysis”为题,于2016年12月16日在《科学》杂志上发表(Science 2016, 354, 1410-1414)。

众所周知,贵金属催化剂可广泛应用于环境保护、能源转换、食品加工、石油化工和精细化工等领域。铂基纳米材料是目前ORR性能最好的电化学催化剂。由于其在地壳中的储存量较少,价格昂贵,导致其在燃料电池领域的大规模应用受阻。如何提高贵金属催化剂的原子利用率和反应活性一直是贵金属催化领域的核心问题。减少铂的负载量并提高ORR性能,是实现燃料电池可持续发展,清洁能源取代化石能源的必经之路。为此,黄小青课题组与国内外多个课题组密切合作,用化学法成功地制备了高质量且单分散的PtPb纳米片。结合球差矫正高分辨透射电镜、上海光源BL14W1线站同步辐射X射线吸收光谱等先进表征手段和密度泛函理论计算,他们发现4-6个Pt层能够非常完美地覆盖在PtPb纳米片表面,形成独特的PtPb/Pt核壳结构。这种PtPb/Pt核壳结构的铂基催化剂具有非常优异的ORR性能。由于间金属结构的内核和均匀的4-6层的Pt壳层,该催化剂展现出了卓越的ORR稳定性。另外,该催化剂不仅可以作为燃料电池阴极ORR的催化剂,还可以被用来催化阳极反应,如MOR和EOR。该研究工作很好地展示了二维铂基纳米催化剂在基础研究和催化领域中的优势及重要性,从理论上指导了如何通过应力调控Pt-O键强度,有效地解决了模型催化中电化学界面的瓶颈问题。这对于探索和开发更好的高性能催化剂,进一步减少Pt的用量,提高ORR性能,促进燃料电池快速发展起到了重要的推动作用。(材料与能源部 供稿)

论文链接:http://science.sciencemag.org/content/354/6318/1410

Pt110)表面的氧化还原反应示意图

催化剂活性和稳定性的性能表征

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