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崔志明课题组Nano Letters：非晶态TiOx起大作用，抑制Pt3Ti团聚并促进甲醇氧化

时间：2023-06-25 来源： 浏览：

崔志明课题组Nano Letters：非晶态TiOx起大作用，抑制Pt3Ti团聚并促进甲醇氧化

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直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量密度高、安全性高、储存和运输方便等优点，可作为各种电气设备中的电源。尽管如此，DMFC的大规模应用仍然面临着几个挑战，其中之一是涉及多质子耦合六电子转移过程的甲醇氧化反应(MOR)的缓慢反应动力学。目前，Pt/C仍然是加速MOR动力学的基准电催化剂，贵金属的大量使用导致了催化剂的高成本。此外，CO在Pt上的强吸附会导致MOR过程中活性中心中毒，进而导致催化剂的快速失活。同时，长期运行过程中颗粒迁移和聚集导致的纳米颗粒(NPs)的生长也会降低纳米颗粒的性能。
基于此， 华南理工大学崔志明 课题组通过浸渍-还原法合成了一种Pt 3 Ti-TiO x /KB催化剂，用于高效稳定催化MOR。
具体而言，一步退火工艺有利于TiO x 在Pt 3 Ti金属间化合物周围的良好分布。在0.1 M HClO 4 + 1.0 M CH 3 OH电解质中，与Pt/C和Pt 3 Ti/KB相比，Pt 3 Ti-TiO x /KB具有更高的质量活性(2.15 A mg Pt −1 )和比活性(4.60 A cm Pt −2 )。此外，耐久性试验结果显示，Pt 3 Ti-TiO x /KB在1000个周期测试后的质量活性保持率(71%)明显高于Pt 3 Ti/KB (54%)和Pt/C (44%)，表明Pt 3 Ti-TiO x /KB催化剂具有优异的稳定性。
实验结果和理论计算表明，Pt 3 Ti-TiO x /KB增强的性能归功于双功能TiO x ：TiO x 可以防止Pt 3 Ti纳米粒子在高温退火过程和电催化条件下的团聚；此外，TiO x 还能促进Pt 3 Ti上的水分解，形成更多的OH物种，从而在较低电位下加速CO ad 的氧化，进而增强了Pt 3 Ti-TiO x /KB催化剂的抗CO ad 性能和稳定性。
综上，该项工作为铂基金属间化合物与功能氧化物结合开发高性能电催化剂提供了一种有效的策略，进一步推动了燃料电池的进一步发展和加快其实际应用。
Amorphous TiO x Stabilized Intermetallic Pt 3 Ti Nanocatalyst for Methanol Oxidation Reaction. Nano Letters, 2023. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01147
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