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武理木士春Small: 小小多孔PtCu纳米管，具有超高甲醇氧化和氧还原性能！

时间：2022-04-19 来源： 浏览：

武理木士春Small: 小小多孔PtCu纳米管，具有超高甲醇氧化和氧还原性能！

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对环境友好和高效能源的追求推动了直接甲醇燃料电池(DMFCs)的深入研究。作为最先进的电催化剂，铂(Pt)在DMFCs的酸性操作环境中相对于其他金属具有较高的活性和稳定性。然而，昂贵的Pt上甲醇氧化反应(MOR)和氧还原反应(ORR)的缓慢动力学仍然是DMFC开发的根本挑战。因此，提高铂基催化剂的性能并揭示相关机理迫在眉睫。
基于此， 武汉理工大学木士春 课题组通过调节Pt前体和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的剂量控制着微观结构的变化，成功地合成了由空心纳米球、实心合金和富Pt外皮纳米粒子构成的不同多孔PtCu纳米管。
其中，实心PtCu合金纳米颗粒纳米管的MOR的比活性(5.37 mA cm -2 )和质量活度(2.56 A mg Pt -1 )分别是Pt/C的9.42(0.57 mA cm -2 )和5.22(0.49 A mg Pt -1 )倍，而空心PtCu合金纳米球纳米管的ORR的半波电位为0.94 V，远高于Pt/C的0.83 V，且比活性是Pt/C的4.85倍。
MOR和ORR都涉及反应物和中间体在Pt表面上的吸附/解离，Pt活性位点倾向于强烈地结合中间体，导致吸附反应物分子的阻塞和电子扩散，从而抑制氧化速率。
H-PNTs、A-PNTs和S-PNTs本质上由具有不同Pt:Cu原子比和微观结构的PtCu合金组成，性能差异主要在于Pt和Cu之间的相互作用；所有PNTs 催化剂的Pt 4f信号的负移意味着电荷从Cu原子转移到Pt原子，降低了Pt的电子能带结构，较低的d带中心与较弱的含氧物质的解吸亲和力相关，有利于电催化。这项工作提供了一种方便的方法来制造具有不同结构的Pt合金催化剂。
Geometric Engineering of Porous PtCu Nanotubes with Ultrahigh Methanol Oxidation and Oxygen Reduction Capability. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202107387

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