摘要
在目前的能源及环境危机下,新型能源设备的探索与开发至关重要.直接甲酸燃料电池(DFAFC)因其能量密度高、氧化动力学快、应用广泛而被认为是一种很有前途的未来能源装置.在DFAFC的实际应用中,已报道的Pt基阳极甲酸氧化反应(FAOR)催化剂大多存在质量活性低和CO中毒的问题.因此,开发高性能的Pt基FAOR催化剂抑制CO生成并进一步提高其对DFAFC的性能至关重要.本文合理设计了核壳结构FAOR催化剂,实现了极高的催化性能,具体内容如下: (1)首次报道了一类表面不均匀的PtPbBi/PtBi核/壳纳米板(PtPbBi/PtBi NPs)作为FAOR催化剂.它们的FAOR面积活性和质量活性达到25.1 mA cm-2和7.4 AmgPt-1,分别是商业Pt/C的156倍和62倍,是目前性能最高的FAOR催化剂.其在DFAFC器件中可以达到161.5 mW cm-2的功率密度,并具有稳定的放电性能(功率密度在0.4 V下10 h衰减45.8％).在FAOR实验中该催化剂还表现出了对CO的抑制和高脱氢路径选择性.原位傅里叶变换红外光谱(in-situ FTIR)和X射线吸收光谱(XAS)共同揭示了 PtPbBi和PtBi之间的局部电子相互作用.此外,高耐受性PtBi外壳可以有效抑制CO的产生/吸附,从而使反应完全由脱氢路径发生. (2)首次报道了表面亚单层Sb氧化物嵌入的金属间PtPb/Pt纳米板(PtPb/Pt@sub-SbOxNPs)的设计合成以及在FAOR中的高效催化应用.它们的FAOR面积和质量活性分别达到28.7 mA cm-2和7.2Amgpt-1,是目前最先进的商业Pt/C的151倍和60倍.此外,X射线光电子能谱(XPS)和XAS结果共同揭示了表面亚单层SbOx优化了局部配位环境,电子从Pb和Sb转移到Pt促进了脱氢过程.表面的亚单层SbOx可以有效地减少CO的产生,大大提高PtPb/Pt@sub-SbOx NPs的FAOR性能.详细的原位红外光谱研究表明PtPb/Pt@sub-SbOx NPs有效地促进了脱氢途径.
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