
對于質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池來說,陽極和陰極的反應(yīng)都需要用到催化劑來降低它們的電化學(xué)過電位(overpotential)。到目前為止,金屬鉑(Pt)由于良好的電催化活性,已經(jīng)成為最普遍的選擇。不過,鉑價格過高,科學(xué)家們又通過制備鉑與其它金屬的二元合金來降低成本,鉑-鎳(Pt-Ni)合金就是其中之一。不過雖然鉑-鎳合金催化氧還原反應(yīng)(Oxygen reduction reaction, ORR)活性還不錯,但納米結(jié)構(gòu)中的鎳元素會隨著腐蝕性的氧還原反應(yīng)條件逐漸消失,從而導(dǎo)致催化劑的耐久性不好,因此在實(shí)際應(yīng)用中也并不常見。
最近,美國加州大學(xué)的研究人員利用“一鍋法”在工業(yè)炭黑上制備高度分散Pt3Ni八面體,同時,在其表面摻雜了各種過渡金屬得到M-Pt3Ni/C,其中M = V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, W, or Re。摻雜后的氧還原反應(yīng)催化劑同時具有高反應(yīng)活性和高耐久性,特別是其中的Mo-Pt3Ni/C,其表面比活性為10.3 mA/cm2,質(zhì)量比活性為6.98 A/mgPt,分別是商用Pt/C催化劑的81倍和73倍。

研究人員使用Pt(acac)2和Ni(acac)2作為金屬前體,炭黑作為支撐劑,DMF作為溶劑和還原劑,苯甲酸作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑。摻雜劑前體Mo(CO)6與Pt(acac)2和Ni(acac)2一起加入Pt3Ni/C的DMF懸浮液中,隨后在170℃下反應(yīng)48小時,得到Mo-Pt3Ni/C。
DOI: 10.1126/science.aaa8765
Science 12 June 2015: vol. 348 no. 6240 pp. 1230-1234
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