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南科大化学系教授权泽卫课题组在《先进材料》发表纳米金属间化合物重要研究进展
2019年11月08日 新知 浏览量 :1361 返回

近日,南科大化学系教授权泽卫课题组在新型纳米金属间化合物领域取得最新进展,该成果发表在材料领域顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials,IF:25.806)。

对于经典的甲酸氧化反应,传统的Pt催化剂表现出较差的电催化性能,这是由于HCOOH发生脱水步骤导致了CO中毒。因此,促进脱氢步骤将HCOOH直接氧化形成CO2是非常必要的。近年来,一些用于增强甲酸直接氧化路径的先进催化剂被开发出来,比如吸附原子修饰的Pt纳米晶和Pd基合金等。然而,缺少具有超高质量活性和长期稳定性的商用催化剂严重限制了直接甲酸燃料电池的广泛应用。

一般来说,甲酸脱水形成CO这一步骤容易发生于连续的Pt位点上。形成相互分离的Pt原子位点可以有效地抑制CO的生成,是一种能有效促进甲酸直接氧化性能的策略。目前,Pt基金属间化合物引起了广泛的关注,是极具发展潜力的催化剂类型。相比常见的无序合金,金属间化合物具有相互分离的Pt原子位点、明确的元素组成、长程有序的原子排布、以及优异的结构稳定性。另外,利用多元金属的协同作用,制备含有两种元素以上的金属间化合物有望进一步优化催化性能。然而,金属间化合物的形成往往需要较高的反应温度或者强还原剂,这使得金属间化合物的形貌和组分调控十分困难。特别对于三元金属间化合物,其合成、表征和机理研究更为复杂,在甲酸电氧化领域相关研究鲜有报道。

Pt45Sn25Bi30三元金属间化合物纳米盘的结构表征

权泽卫课题组提出用一锅湿化学法制备了新型的三元金属间化合物-PtSnBi纳米盘。双球差电镜表征表明三种金属原子均匀有序地分布。得益于三种金属的协同作用,PtSnBi纳米盘的甲酸氧化性能明显优于二元PtBi和PtSn金属间化合物。其中,Pt45Sn25Bi30纳米盘的催化活性高达4394 mA mg-1Pt,并在4000圈循环后保留了78%的初始活性,该性能是目前甲酸氧化电催化剂的最好性能之一。理论计算进一步表明,PtSnBi纳米盘的电子效应和结构效应有助于抑制CO中间产物的生成和优化脱氢步骤,从而显著促进了甲酸直接氧化性能。本工作为多元金属间化合物催化材料的研发开辟了一条新途径。

PtSnBi金属间化合物纳米盘的甲酸氧化催化性能

该研究工作中,南方科技大学为唯一单位,权泽卫教授为通讯作者,化学系博士后罗水平为论文第一作者,2017级博士生陈雯和2016级本科生程瑜为论文的共同第一作者。

该工作得到了国家自然科学基金,深圳市科创委、深圳市发改委,南科大校长基金、博士后科学基金等项目支持。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903683

供稿:化学系

编辑:刘馨

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