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Pt-Au/CNT@TiO2 as a High-Performance Anode Catalyst for Direct Methanol Fuel Cells

催化作用 过电位 材料科学 X射线光电子能谱 循环伏安法 碳纳米管 甲醇 化学工程 电化学 介电谱 纳米技术 分析化学(期刊) 化学 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Xiuyu Wang,Jingchang Zhang,Hong Zhu
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:32 (1-2): 74-79 被引量:33
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(10)60163-5
摘要

Multi-walled carbon nanotubes (CNT) modified using TiO2 nanoparticles (CNT@TiO2) were prepared. Then, Pt-Au/CNT@TiO2 catalysts were prepared by a deposition-UV-photoreduction method for direct methanol fuel cells. The physico-chemical properties of the catalysts were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. The catalytic performance was evaluated by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The Pt-Au nanoparticles were found to be uniformly deposited onto the CNT@TiO2 support and had diameters of 2–3 nm. Compared with the Pt-Au/CNT catalyst that was made using a general chemical method, Pt-Au/CNT@TiO2 exhibits higher CO-tolerance for the following reasons. Firstly, the strong interaction between the Pt-Au alloy and TiO2 leads to an increase in electron density on the metallic Pt-Au, which transfers electrons to the ϕ $CO* orbital of CO and weakens C–O binding while the oxidation overpotential is lowered. Secondly, the high-valence Ti ions dissociate water to form OHad (ad: adsorbed) species, which then reacts with the strongly bound COad on the Pt surface to form CO2. : 以 TiO2 包覆的多壁碳纳米管 (CNT@TiO2) 为载体, Pt 和 Au 为活性物质, 采用沉积紫外光催化还原法制备出高活性的甲醇阳极电催化剂 Pt-Au/CNT@TiO2, 并采用 X 射线衍射、透射电镜和 X 射线光电子能谱对催化剂样品的物化特征进行表征. 催化剂的抗毒性能用循环伏安和交流阻抗测试来表征. 结果表明, 粒径为 2∼3 nm的 Pt-Au 纳米粒子均匀的分散在 CNT@TiO2 载体上. 与普通化学还原方法制备的 Pt-Au/CNT 电催化剂相比, Pt-Au/CNT@TiO2 催化剂表现出更高的抗毒性. 这是因为: (1) Pt-Au 合金和 TiO2 的相互作用使 Pt-Au 合金的电子密度增加, Pt-Au 电子密度的增加会传递部分电子到 CO 的反键轨道上, 从而削弱碳氧键, 最终促使过氧化电位降低; (2) 高价态的钛离子分解水分子从而形成吸附态的 OHad 物种, 此物种与吸附在 Pt 表面的 CO 反应最终生成 CO2.

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