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一步法制备高度内凹菱形十二面体的三元铂-镍-铜(Pt-Ni-Cu)纳米电催化剂及其用于高效甲醇氧化电催化剂的研究
2018-05-16 17:52 NanoResearch 

    三元铂基合金催化剂由于其具备更多的化学组分和形貌结构的可调谐性,已经引起了广泛的研究关注,如铂钯铜,铂镍钴, 铂铁钴, 铂钯钴和铂铁镍等。此外,对铂基纳米晶体的尺寸、形状、结构和可接触表面的精确控制, 可以提高其对燃料电池反应的催化性能。特别地,内凹型纳米结构因为具有更高比表面体积和三维可接触表面,因此具有增强的电催化性能的潜力。

图1. Pt-Ni-Cu内凹菱形十二面体的(a)代表性的透射电子显微镜图像;(b)高角环形暗场扫描透射电子显微图像;(c-e) 分别沿着[111]、[110]和[100]三个投影方向的Pt-Ni-Cu内凹菱形十二面体的高分辨透射电子显微图像;(f) 单个Pt-Ni-Cu内凹菱形十二面体的三维模型图 (g) 单个Pt-Ni-Cu内凹菱形十二面体上的原子级透射电子显微图像。

   

    针对上述问题,广西大学可再生能源材料中心沈培康教授和中山大学汤敏博士首先报道了一种有效简便的一步合成产率接近100%的三元铂镍铜高度内凹菱形十二面体 (Pt-Ni-Cu ERDs)的方法。该样品的纳米晶体具有高度均匀性和优秀的分散性, 并有一个清晰的三维可接触的内凹菱形十二面体结构, 该结构的平均棱长为15.7±1.3 nm,这样的结构可以增大比表面积和增加催化剂和反应物质之间的接触。更重要的是, 在该结构表面上观察到大量的阶梯原子, 这将增加活性位点的暴露, 从而提高催化性能。此外, 我们还对铂镍铜内凹菱形十二面体(Pt-Ni-Cu ERDs)的生长机理进行了研究, 并在一系列控制实验的基础上提出了可能的生长机理。与铂铜内凹菱形十二面体(Pt-Cu ERDs)、铂镍铜实心菱形十二面体(Pt-Ni-Cu SRDs)和商业铂/碳(Pt/C)催化剂相比,我们所制备的三元铂镍铜内凹菱形十二面体(Pt-Ni-Cu ERDs)表现出了增强的甲醇氧化电催化的性能,这些得益于它的高度内凹菱形十二面体结构、三元合金的电子协同作用和表面丰富的阶梯原子等特性。

图2. (a) 单个铂镍铜菱形十二面体(Pt-Ni-Cu ERDs)的高角度环形暗场扫描透射电镜以及能量色散 X 射线光谱仪(HAADF-STEM-EDS)的元素分析图象;(b) 透射电镜能谱分析谱图;(c) Pt 4f, Ni 2p and Cu 2p的X射线光电子能谱。

   

文章信息:

Min Tang, Shuiping Luo, Kai Wang, Hongyu Du, Rinrada Sriphathoorat, and Peikang Shen*. Simultaneous formation of trimetallic Pt-Ni-Cu excavated rhombic dodecahedrons with enhanced catalytic performance for the methanol oxidation reaction.Nano Research  https://doi.org/10.1007/s12274-018-2063-3

   

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