单分散Cu-TCPP/Cu_(2)O杂化微球:一种具有优异电还原CO_(2)产C_(2)性能的级联电催化剂

高效电还原CO_(2)(ECR)为有价值的多碳产物是解决CO_(2)排放问题的有效解决方案。基于卟啉的金属有机框架(MOFs)具有多孔结构和有序的活性位点,有望提高ECR生成多碳产物的选择性。本文制备了由铜-四(4-羧基)卟啉(Cu-TCPP)和Cu_(2)O组成的有机/无机杂化Cu-TCPP@Cu_(2)O电催化剂,其中TCPP在调控形貌方面起着重要作用。ECR过程中原位形成的Cu与Cu-TCPP(Cu-TCPP@Cu)结合可以抑制析氢,富集CO中间体,促进C-C偶联生成C2产物。多孔碳(PC)负载的Cu-TCPP@Cu在PC上被还原为Cu纳米簇,同时对C2产物具有较高的ECR活性和选择性。催化剂在–1.0 V时(相对于可逆氢电极),C_(2)产物法拉第效率为62.3%,部分电流密度为83.4 mA·cm^(-2),是纯Cu_(2)O和TCPP的7.6倍和13.1倍。本论文研究了催化剂形貌和杂化结构如何提高ECR生C_(2)产物的选择性,为高性能ECR催化剂的设计提供了新思路。

碳纳米粒子支撑的钯纳米催化剂在甲酸氧化中的电催化活性(英文)

采用化学还原法制备了碳纳米粒子支撑的钯纳米结构（Pd-CNP）.透射电镜表征显示在Pd-CNP纳米复合物中,金属Pd呈菜花状结构,粒径约20~30 nm.它们由许多更小的Pd纳米粒子（3~8 nm）组成.电化学研究表明,Pd-CNP的电化学活性面积比商业Pd黑低40%,可能原因是部分Pd表面被一层碳纳米粒子覆盖,但其对甲酸氧化却表现出更好的电催化活性,质量比活性和面积比活性都比Pd黑高几倍.催化活性增强的原因可能是碳纳米粒子支撑的Pd纳米结构具有特殊的层次化结构,可以形成更多的活性位,以及表面位更利于反应进行.

磷掺杂的Ru-Pt合金催化剂及其电催化碱性析氢性能

可再生能源驱动电催化水分解产氢气在现代氢能及氢燃料电池可持续发展方面,有着极其重要的地位。其中,性能优良催化剂的设计与开发又是重中之重。本文重点发展了一种磷掺杂的铂-钌合催化剂(Ru-P)#Pt/C),TEM分析确认Ru金属纳米粒子的球形形态,XRD表征Ru纳米粒子以六方密堆积形式存在。XPS分析进一步说明了Ru以金属态存在,Pt的原子比在14.5%左右,且以轻微氧化的状态存在,表明其可能与P成键。(Ru-P)@Pt合金催化剂在碱性电解液中表现出优异的电解水析氢性能,在10 mA·cm^(-2)的电流密度下的过电位仅为17mVvs.RHE,Tafel斜率值为27mV.dec^(-1),表明该催化剂析氢决速步为Tafel步骤。而同等条件下,仅P掺杂的Ru催化剂及Pt负载的P掺杂的CNT,其性能均远逊于该目标催化剂,表明了P与Pt共掺杂的协同作用。(Ru-P)#Pt/C合金催化剂经过24h耐久性测试,其10mA·cm^(-2)的过电位及稳定性测试后LSV电流仅出现轻微衰退。这表明P掺杂的Ru-Pt合金催化剂中Ru、Pt、P活性位点间的协同作用,显著提高了电催化析氢活性与稳定性,为高性能碱性电解水析氢催化剂的设计打开了广阔的前景。

低结晶度AuPt-Ru/CNTs合金异质结作为高效多功能电催化剂

催化剂的活性与其结构紧密相关,研究催化剂的构效关系以及可控合成高效电催化剂,并探究其催化机制,一直是科学研究的核心。贵金属铂是优异的电解水析氢的催化剂,同时也是直接醇燃料电池阳极氧化的良好催化剂,而贵金属钌是优异的电解水析氧催化剂。这些与燃料电池及氢能相关的重要反应催化剂,可通过合成Pt、Au及Ru的合金催化剂,通过应力效应、电子效应及团簇效应,可有效提高金属催化剂的活性,并实现多功能电催化性能。本文报道了可控合成低结晶度的AuPt-Ru合金异质结,并通过元素扫描分析及X射线衍射分析确认其结构。该催化剂表现出了非常优异的电催化氧化乙醇活性,其归一化到Pt的质量活性达到了为21.4A·mg^(-1),远远高于对照组样品AuPt及RuAuPt混合相催化剂及文献报道样品。催化剂同样表现出了非常好的乙醇氧化稳定性,但是其活性的衰减与其Ru组分的流失紧密相关。我们同时通过电化学原位红外光谱,研究了该催化剂乙醇氧化中间产物,分析了其反应机理。该催化剂同样表现出了优异的碱性电解水析氢及析氧催化活性,其析氢电流10mA·cm^(-2)对应的过电位为30mV,Tafel斜率为45mV·dec^(-1),优于AuPt及RuPtAu对照组样品。该催化剂优异的电化学性能主要归结于其低结晶度和异质结及其伴随的应力效应及团簇效应。本报道提供了一种可控合成具有异质结结构的金属合金催化剂,突出了其对实现多功能、高性能合金电催化剂的重要性。

泡沫铜支撑Ru掺杂Cu3P自支撑催化剂及其析氢性能

过渡金属磷化物(TMP)是一种用于碱性条件下析氢反应(HER)的有效催化剂,然而其活性严重受限于水解离步。本文通过在泡沫铜(CF)上生长Cu(OH)_(2)纳米阵列,RuCl3溶液浸泡和磷酸化,制备了一种具有较大比表面积和适当Ru掺杂的Ru-Cu_(3)P自支撑催化剂(Ru-Cu_(3)P/CF)。作为一种优良的HER催化剂,在电流密度为10mA·cm^(-2)时,其过电位为95.6 mV,比Cu_(3)P/CF降低149.4 mV。其决速步由Volmer向Heyrovsky机制过渡。HER性能的提高可以归因于Ru掺杂磷化铜促进水解离过程,以及Cu(OH)_(2)纳米阵列衍生Cu_(3)P纳米结构具有更高的电化学活性面积,从而保证了更多的活性位点。本论文突出了具有空的d轨道的金属掺杂促进水解离的重要性,为高性能电解水析氢催化剂的设计提供了新思路。