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《82形狀可控的pt3ni納米多面體的合成及其氧還原活性》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、形狀可控的Pt3Ni納米多面體的合成及其氧還原活性摘要在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）中，人們普遍以Pt基合金作為氧還原反應(yīng)（ORR）的催化劑，因?yàn)檫@些催化劑具有很好的催化活性。而其中大部分催化劑為形狀不可控的納米粒子。最近，研究人員在超高真空條件下制備了擴(kuò)展Pt3Ni表面，與目前正在使用的Pt/C納米催化劑相比，這種表面具有更高的氧還原反應(yīng)催化活性。但如何以及能否把這種表面轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際可用的納米級電催化劑并用在PEMFCs上仍然是一個挑戰(zhàn)。我們報道了一種新的濕化學(xué)方法，分別合成了以（111）和（100）面為終結(jié)的單晶Pt3Ni納米八面體和納米立方體。我們的研究進(jìn)一步表明了在相似尺寸的P
2、t3Ni納米八面體和納米立方體上，前者的氧還原反應(yīng)催化活性為后者的5倍。通過比較碳載Pt3Ni納米八面體和商用Pt/C的氧還原反應(yīng)的催化活性，我們發(fā)現(xiàn)Pt3Ni納米八面體是一種活性非常高的電催化劑。這種合成方法可擴(kuò)展到其他形狀可控燃料電池電催化劑的制備。關(guān)鍵詞Pt3Ni，氧還原反應(yīng)活性，六羰基和鎢，納米八面體，納米立方體。由于全世界與日俱增的能源需求和對環(huán)境保護(hù)的關(guān)注，使得尋求其他的能源或不同的能源轉(zhuǎn)換方法來替代像汽油和柴油等礦物燃料的直接燃燒成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。而發(fā)展燃料電池技術(shù)就是其中一種比較有希望的努力。由于燃料電池直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，因此它在發(fā)電量方面具有非常好的性能優(yōu)勢
3、。源于燃料電池是環(huán)境友好的和高效率的這樣一個事實(shí)，人們對燃料電池技術(shù)產(chǎn)生了強(qiáng)烈興趣。在各種類型的燃料電池中，PEMFCs和直接甲醇燃料電池（DMFCs）由于其低的工作溫度，更有希望運(yùn)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車等領(lǐng)域[1-3]。PEMFCs和DMFCs都是使用聚合物電解質(zhì)膜（PEM）和Pt[4,5]或Pt基合金作為催化劑。但遺憾的是低的氧還原反應(yīng)速率，高昂的成本以及Pt催化劑易被反應(yīng)產(chǎn)物毒化的弱點(diǎn)嚴(yán)重制約了它們在許多方面的運(yùn)用[3,6]。就這一點(diǎn)而言，探索活性更高和抗毒化能力更強(qiáng)的催化劑變的至關(guān)重要，而且這種催化要優(yōu)于傳統(tǒng)上被使用的Pt/C粒子體系。人們在Pt基雙金屬電催化劑方面取得了重要
4、的進(jìn)展，比如合成了Pt-Pd納米復(fù)合物[7,8]或合成了在其他金屬上的單層Pt[9]，或Pt與其他較便宜3d過渡金屬的合金[10,11]，包括Fe[11,12]、Co[13,14]、Ni15,16]、Cu[17,18]、Cr[12]和Mn[15]。據(jù)報道，Pt3M(M=V,Ti,Co,Fe,Ni)具有更高的催化活性及更強(qiáng)的抗毒化能力[19,20]。最近，Stamenkovic等人證明了擴(kuò)展的單晶Pt3Ni(111)表現(xiàn)出了更強(qiáng)的氧還原反應(yīng)催化活性，它的活性比普通Pt(111)高10倍，比目前正在使用的Pt/C催化劑高90倍[22]。這種顯著的活性歸因于弱的OH吸附，而這種吸附是由通過表層分
5、離形成的Pt皮膚層d帶中心的減少引起的。像其他的各種不同的催化劑研究一樣，一個最基本的問題是在擴(kuò)展的單晶表面上觀察到的高活性能否從納米尺寸的粒子上得到。為了解決這個問題，首先要制得晶面可控的單分散性的有（111）界面的Pt3Ni納米晶體。盡管MonteCarlo模擬顯示{111}限面的Pt3Ni納米八面體很穩(wěn)定，并且有一個和擴(kuò)展Pt3Ni表面相似的表面分離剖面[22,25]，但目前還沒獲得直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。在這里，我們報道了通過高溫有機(jī)溶液化學(xué)方法分別合成接近{111}和{100}面的Pt3Ni納米八面體和納米立方體。通過實(shí)驗(yàn)我們證明了Pt3Ni納米八面體的氧還原反應(yīng)（ORR）催化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高
6、于Pt3Ni納米立方體。實(shí)驗(yàn)部分化學(xué)藥品和材料六羰基和鎢（W(CO)6,97%）、油酸(90%)和油酸胺（70%）為標(biāo)準(zhǔn)的Aldrich產(chǎn)品。乙酰丙酮合鉑(Pt(acac)2,49.3-49.8%Pt)、乙酰丙酮合鎳(Ni(acac)2,97%)、無水乙醇（200茲）和無水己烷(98.5%)分別來自Gelest、AlfaAesar、AAPER、和BDH，不需要進(jìn)一步提純。六水合氯化鎳(II)(96+%)來自FisherScientific。商用Pt/C催化劑(HiSpec4000,40wt%Pt)從AlfaAesar處購得。炭黑(VulcanXC-72)來自Carbotcorporatio
7、n,Billerica,MA。Pt3Ni納米八面體與納米立方體的合成合成Pt3Ni納米八面體的一般步驟如下：在無空氣的條件下，把20mg（0.05mmol）Pt(acac)2，10mg（0.04mmol）Ni(acac)2，9.0ml油酰胺和1.0ml的油酸加入到三口燒瓶中，并在氬氣氛圍中加熱到130°C。再在快速攪拌下，加入50mg（0.14mmol）的W(CO)6,然后將溫度升高到230°C，并在劇烈的攪拌下反應(yīng)40
