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南科大化學系教授權澤衛課題組發表納米金屬間化合物重要研究進展

2019-11-05

    近日,南科大化學系教授權澤衛課題組在新型納米金屬間化合物領域取得最新進展,該成果發表在材料領域頂級期刊《先進材料》(Advanced Materials,IF:25.806)。



    對于經典的甲酸氧化反應,傳統的Pt催化劑表現出較差的電催化性能,這是由于HCOOH發生脫水步驟導致了CO中毒。因此,促進脫氫步驟將HCOOH直接氧化形成CO2是非常必要的。近年來,一些用于增強甲酸直接氧化路徑的先進催化劑被開發出來,比如吸附原子修飾的Pt納米晶和Pd基合金等。然而,缺少具有超高質量活性和長期穩定性的商用催化劑嚴重限制了直接甲酸燃料電池的廣泛應用。

    一般來說,甲酸脫水形成CO這一步驟容易發生于連續的Pt位點上。形成相互分離的Pt原子位點可以有效地抑制CO的生成,是一種能有效促進甲酸直接氧化性能的策略。目前,Pt基金屬間化合物引起了廣泛的關注,是極具發展潛力的催化劑類型。相比常見的無序合金,金屬間化合物具有相互分離的Pt原子位點、明確的元素組成、長程有序的原子排布、以及優異的結構穩定性。另外,利用多元金屬的協同作用,制備含有兩種元素以上的金屬間化合物有望進一步優化催化性能。然而,金屬間化合物的形成往往需要較高的反應溫度或者強還原劑,這使得金屬間化合物的形貌和組分調控十分困難。特別對于三元金屬間化合物,其合成、表征和機理研究更為復雜,在甲酸電氧化領域相關研究鮮有報道。


Pt45Sn25Bi30三元金屬間化合物納米盤的結構表征
權澤衛課題組提出用一鍋濕化學法制備了新型的三元金屬間化合物-PtSnBi納米盤。雙球差電鏡表征表明三種金屬原子均勻有序地分布。得益于三種金屬的協同作用,PtSnBi納米盤的甲酸氧化性能明顯優于二元PtBi和PtSn金屬間化合物。其中,Pt45Sn25Bi30納米盤的催化活性高達4394 mA mg-1Pt,并在4000圈循環后保留了78%的初始活性,該性能是目前甲酸氧化電催化劑的最好性能之一。理論計算進一步表明,PtSnBi納米盤的電子效應和結構效應有助于抑制CO中間產物的生成和優化脫氫步驟,從而顯著促進了甲酸直接氧化性能。本工作為多元金屬間化合物催化材料的研發開辟了一條新途徑。
PtSnBi金屬間化合物納米盤的甲酸氧化催化性能
該研究工作中,南方科技大學為唯一單位,權澤衛教授為通訊作者,化學系博士后羅水平為論文第一作者,2017級博士生陳雯和2016級本科生程瑜為論文的共同第一作者。 該工作得到了國家自然科學基金,深圳市科創委、深圳市發改委,南科大校長基金、博士后科學基金等項目支持。 論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903683

來源:南方科技大學 新聞網

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