MoSe_(2)纳米片耦合Pt纳米颗粒用于高效双功能催化甲醇辅助水电解制氢

化石燃料的大量消耗所带来的全球性挑战推动人们大力发展清洁和可持续的能源.氢能作为一种绿色、无污染的能源载体,是能源向绿色经济转换的关键,而利用可再生能源进行的电解水制氢被认为是实现绿色制氢的最佳选择.然而由于析氧反应(OER)的氧化电位(1.23 V)较高,动力学缓慢,实际水电解需要更多的能量输入.具有低氧化电位的甲醇辅助水电解(0.016 V)可以匹配可再生能源实现低能耗电解制氢,受到了广泛关注.开发高效的用于催化甲醇氧化(MOR)和析氢反应(HER)的双功能催化剂是实现这一愿景的前提.传统的Pt基催化剂容易受到阳极侧MOR过程中产生的CO中间体毒化,严重影响甲醇辅助水电解制氢的效率.为了提升Pt基催化剂的催化活性和稳定性,一种有效的策略是引入合适的功能组分来促进催化反应.例如,贵金属颗粒和亲氧化成分(如过渡金属氧化物和磷化物)之间的金属-载体相互作用可以有效提高Pt基催化剂的抗CO中毒能力.过渡金属硒化物由于其优良的金属性和亲氧性作为催化促进剂受到越来越多的关注.硒化钼(MoSe_(2))具有良好的稳定性和导电性并且其2H相中的不饱和边缘具有水活化和解离活性,同时其吸附H原子的吉布斯自由能(ΔGH^(*))接近于零.考虑到MoSe_(2)的高水活化/解离能力,本文成功制备了二维MoSe_(2)纳米片负载的Pt纳米粒子复合催化剂(Pt/MoSe_(2))用于高效甲醇电解制氢.密度泛函理论计算表明,亲氧组分MoSe_(2)显著优化了CO^(*)和H^(*)在Pt表面的吸附能,从而大大提高了甲醇辅助水电解的活性和稳定性.其中,Pt/MoSe_(2)的甲醇氧化峰值电流密度为67.8 m Acm^(-2),是商业Pt/C催化剂的2.5倍;在10 m A·cm^(-2)的电流密度下,HER的过电位低至32 m V.由Pt/MoSe_(2)|Pt/MoSe_(2)组装的两电极电解槽驱动10 m A·cm^(-2)的电流密度仅需要0.67 V的电压,与相同条件下的水电解相比节省了约1.09 V的电池电压,大大降低了能量输入.催化性能的提升可以归因于改善的电荷转移以及Pt与亲氧MoSe_(2)之间的金属-载体相互作用,该相互作用使得Pt从MoSe_(2)载体上得到了部分电子,增加了Pt周围的电子密度,使得邻近Pt的d带中心下移,从而通过削弱CO-Pt键进而增强了Pt位点的抗CO中毒能力.综上,本文对开发用于甲醇辅助水电解制氢的新型双功能催化剂具有借鉴意义.

推荐一个大学化学开放性实验——微乳法制备Pt纳米颗粒

本文介绍了一个大学化学开放性实验—微乳法制备Pt纳米颗粒。本实验辅以TEM、EDS等测试结果,可以在教学中直观演示,也可以作为综合化学实验开设,有利于学生创新意识和科学思维方式的培养。

Pt纳米颗粒在聚二甲基二烯丙基氯化铵功能化碳纳米管上的自发沉积及其对甲醇的电催化氧化性能(英文)

利用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)非共价修饰的碳纳米管(CNTs)与PtCl62-之间的自发氧化还原作用,制备了Pt纳米颗粒(PtNPs)/CNTs-PDDA复合催化剂.PDDA在该催化剂中具有三种作用:(1)作为金属前驱体PtCl62-还原为PtNPs的还原剂;(2)作为原位产生的PtNPs的稳定剂;(3)在CNTs表面形成保护膜抑制CNTs在甲醇电催化氧化过程中的腐蚀.采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重分析和拉曼光谱对CNTs-PDDA进行了表征,表明PDDA通过π-π作用已成功覆盖在CNTs表面,并且修饰过程没有导致CNTs结构的破坏.采用透射电子显微镜(TEM)对PtNPs/CNTs-PDDA催化剂进行了表征,结果表明,PtNPs均匀地分散在CNTs上,平均粒径约2nm,且粒径分布范围窄.用循环伏安法、计时电流法进一步考察了PtNPs/CNTs-PDDA催化剂在酸性介质中对甲醇的电催化氧化的性能.电化学测试结果表明,与原始CNTs负载的PtNPs催化剂相比,PtNPs/CNTs-PDDA催化剂具有更高的电化学活性表面积、电催化质量比活性和稳定性.

电化学方法合成Pt纳米颗粒研究进展

纳米材料是众多领域研究的热点,合成纳米颗粒的方法也很多。电化学方法合成金属纳米颗粒由于其速度快、方法简便和产物纯度高等特点,逐渐取代了传统的化学方法。主要综述了恒电压沉积、恒电流沉积、脉冲电沉积、循环伏安电沉积、喷射电沉积等电化学沉积法合成Pt纳米颗粒的技术及这些方法在合成过程中的特点。

Pt纳米颗粒辅助化学刻蚀重掺杂p型单晶硅研究

首先在SiO2/Si衬底上磁控溅射了一层超薄Pt薄膜,并通过快速热退火形成了分离的Pt纳米颗粒阵列。接着研究了在氢氟酸和双氧水的混合溶液中Pt纳米颗粒辅助化学刻蚀重掺杂p型单晶硅片的特性。结果表明,当氢氟酸的浓度为1.06 mol/L时,样品表面分布着许多Pt岛链,在硅衬底表面没有观察到任何孔洞;当氢氟酸的浓度上升到5.3 mol/L时,样品表面起伏不平,出现许多大小不一的小丘,岛链状Pt减少;当氢氟酸的浓度增加到26.5 mol/L时,样品表面出现大量的孔洞,Pt岛链进一步减少。通过对样品的剖面结构进行观察,发现硅衬底中形成了致密的介孔,同时还观察到底部含有Pt岛状物的不规则沟槽,并且介孔的生长速率快于沟槽。最后,对上述实验现象的形成机制进行了讨论。

溶液中等离子法制备Pt纳米颗粒负载TiO_2增强甲醇电催化性能

通过溶液中等离子法快速制备Pt纳米颗粒,选用TiO_2(P25)提升Pt纳米颗粒的电催化性能,并以石墨烯纳米片(GNs)为载体材料,通过简单的超声混合制备Pt/GNs/TiO_2催化剂。采用X线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X线光电子能谱仪(XPS)及循环伏安曲线(CV)测试等表征手段分析样品的组成、形貌、表面电子特性及对甲醇的电催化性能。结果表明:制备得到了在GNs表面分布均匀、结晶性良好并且直径为2~5 nm的Pt纳米颗粒,同时TiO_2也成功分散在GNs表面。加入TiO_2极大地提高了Pt纳米颗粒对甲醇的电催化活性,Pt/GNs/TiO_2的电流密度约为2 480 m A/mg,是未加入TiO_2的Pt/GNs(747 m A/mg)的3.3倍,同时其循环性能和抗中毒性能也得到了提升。

对丙酮高气敏选择性的Pt纳米颗粒修饰的NiWO_(4)/WO_(3)异质结构纳米管

以聚苯乙烯(PS)纳米纤维为模板,采用简单的自组装法制备异质结构NiWO_(4)/WO_(3)(Ni/W)纳米管。采用超声混合法获得Pt修饰的NiWO_(4)/WO_(3)复合纳米管(Pt@Ni/W)。结果表明,气敏性能从高到低依次为Pt@Ni/W>Ni/W>WO_(3)。2%Pt@Ni/W-5纳米管在375℃时对100×10−6丙酮具有最高的响应值(58.4),分别是WO_(3)和NiWO_(4)/WO_(3)纳米管的10.6和1.53倍。此外,相比于乙醇、甲醛、甲醇、氨气和甲苯,2%Pt@Ni/W-5纳米管对丙酮显示出极高的选择性。Pt修饰的NiWO_(4)/WO_(3)纳米管对丙酮表现出良好的响应性和稳定性,这归因于NiWO_(4)/WO_(3)异质结构的形成和Pt纳米颗粒的溢出效应。

Pt纳米颗粒碰撞及其在电化学生物传感中的应用展望

Pt纳米颗粒碰撞,是指单个Pt纳米粒子与超微电极之间碰撞而产生瞬态电流的电化学反应过程。通过简单的电化学检测方法,可以迅速地直接对单个纳米粒子进行检测并可进行连续监测,被广泛应用于生物传感检测、电催化研究等领域。介绍了不同尺寸下Pt纳米颗粒的制备和对其浓度的确定方法,综述了Pt纳米颗粒碰撞在生物传感器中的应用,并对其应用前景进行了展望。

有机微囊的控制合成及负载Pt纳米颗粒催化剂用于加氢研究

设计并合成了一种中空有机微囊结构聚合物HMOCs,并通过负载Pt纳米颗粒制备了HMOCs-Pt(0)催化剂,采用TEM、XRD等表征手段对该催化剂进行了测试。该催化剂在苯甲醛加氢反应中表现出高效的催化活性,35℃下能够有效催化苯甲醛加氢到苯甲醇,收率达到99%,而且催化剂能够循环使用10次,催化性能依然保持在90%以上。

Pt颗粒/碳纳米管电极对L-半胱氨酸的电化学催化检测

以电化学沉积法将Pt纳米颗粒沉积在碳纳米管（CNTs）上，并用扫描电镜（SEM）和能量色散X射线谱（EDS）对Pt／CNTs进行了表征．循环伏安图表明Pt／CNTs电极对L-半胱氨酸的电催化效果比石墨、Pt/石墨要好．同时，计时电流曲线表明Pt／CNTs电极对L-半胱氨酸在0．5～100．0μmol·L^-1范围内有线性响应，其检测限为0．3μmol·L^-1．

Pt纳米颗粒修饰TiO_2纳米管阵列的合成及其光电化学性能

采用阳极氧化法在含0.4mol/L HF的乙二醇电解液中制备高度有序的一维TiO2纳米管阵列,并采用柠檬酸溶剂热还原法在TiO2纳米管阵列表面沉积Pt纳米颗粒,研究Pt纳米颗粒对TiO2纳米管阵列光电化学性能的影响,对纳米管的结构、形貌、成分进行了表征,采用电化学工作站对沉积前后的TiO2纳米管阵列进行循环伏安扫描,并用5W紫外LED灯对不同沉积条件下样品的光电流进行测试.结果表明,所制TiO2纳米管排列整齐,管径均匀,约为150nm,壁厚约20nm,管长约为20μm;尺寸约20nm的Pt纳米颗粒在纳米管内部分布均匀,Pt以单质形式存在.Pt沉积可提高TiO2纳米管的电化学活性,并明显增加TiO2纳米管对紫外光的吸收能力和光电流响应,Pt纳米颗粒的沉积温度为100℃时具有最大光电流响应,最高瞬时光电流值为289.84μA.

不同形貌Pt纳米颗粒有序阵列的可控制备及其光学特性

基于目前湿化学法制备Pt纳米颗粒存在颗粒形貌难以自由调控、含有表面活性剂及易于团聚等问题,发展了以单层胶体晶体为模板,采用磁控溅射技术沉积一层Pt膜,通过改变退火温度可控制备具有不同形貌Pt纳米颗粒阵列的方法。当退火温度为300,500,700和900℃时,分别获得了"帽状"、"杯状"、"米粒状"和"球形"的Pt纳米颗粒阵列。此法操作简单、无污染,为各向异性纳米颗粒阵列的制备提供了一种新的思路。首先研究了不同形貌Pt纳米颗粒阵列的消光光谱。结果表明,样品的局域表面等离子体共振峰随着纳米颗粒形貌的变化发生相应的偏移。"帽状","杯状"和"米粒状" Pt纳米颗粒的横向局域表面等离子体共振峰从487 nm蓝移至453 nm,而纵向局域表面等离子体共振峰从1201 nm蓝移至898 nm。实现了横向和纵向局域表面等离子体共振峰分别在可见光和近红外较宽波段内移动。球形纳米颗粒由于结构上的高度对称性,表现为单一的LSPR峰(约386 nm)和由有序结构产生的阵列衍射峰(约635 nm)。进一步研究了球形Pt纳米颗粒的尺寸对其消光光谱的影响,结果表明,随着Pt球形颗粒直径的增大,LSPR峰和衍射峰位逐渐红移后基本稳定。

石墨烯负载Pt/Co双金属纳米颗粒催化剂的制备及催化制氢性能

采用化学共还原方法制备了石墨烯负载Pt/Co双金属纳米颗粒(GBNPS)催化剂,并将其用于催化硼氢化钾(KBH 4)水解制氢.采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪和X射线光电子能谱(XPS)表征了该催化剂,并研究了双金属纳米颗粒的化学组成对其催化KBH 4水解制氢性能的影响.结果表明,制备的石墨烯负载Pt/Co双金属纳米颗粒平均粒径为3.2~3.9 nm,其中石墨烯负载Pt 20 Co 80双金属纳米颗粒的催化活性最高,35℃时制氢活性可达35973 mol H 2·h^-1·mol^-1 Pt,且具有良好的耐久性,催化KBH 4水解反应的表观活化能为36 kJ/mol.

Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒的制备及催化制氢活性

采用化学共还原方法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护的Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒,对所合成的纳米颗粒进行了表征,研究了三金属纳米颗粒的化学组成对其催化NaBH4制氢的影响.研究结果表明,Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒的平均粒径在2 nm左右,Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒催化活性高于Pt,Ni或Fe单金属纳米颗粒和Pt/Ni,Pt/Fe或Ni/Fe双金属纳米颗粒的催化活性,其中Pt10Ni78.75Fe11.25三金属纳米颗粒的催化活性最高,30℃时,其催化活性可达63.920×103molH2/(molPt·h).Pt/Ni/Fe三金属纳米溶胶催化剂具有很好的催化稳定性,10次重复催化实验后,该催化剂依然可以保持较高的催化活性.该三金属纳米溶胶催化NaBH4水解反应的活化能为52 kJ/mol.

负载型纳米Pt颗粒的制备及催化性能研究

通过分散共聚制备了聚N-异丙基丙烯酰胺接枝聚丙烯腈/聚苯乙烯(PNIPAAm-g-PAN/PSt)聚合物微球,以氯铂酸(H2PtCl6)为金属源,乙醇为还原剂,将与酰胺基团配位的铂离子(Pt4+)还原成纳米铂(Pt)颗粒,负载在表面具有特殊形态的聚合物微球表面,制得了分散稳定的负载型纳米Pt颗粒,可用于催化苯胺的聚合等,通过改变反应温度可控制苯胺的聚合速率。

铂纳米颗粒增强MnO_2纳米棒对CO和挥发性有机化合物的氧化活性

通过水热法合成了纯相的α-MnO2和δ-MnO2纳米棒,并利用溶胶固定化工艺制备了负载铂纳米颗粒的Pt/MnO2材料.通过透射电镜(TEM),X射线粉末衍射(XRD),扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),N2吸附-脱附和H2程序升温还原(H2-TPR)技术研究了样品的微观结构和吸附活性位,探查了CO和挥发性有机化合物(VOCs)(苯和甲苯)在催化剂上的催化发光(CTL)性质.结果表明:铂颗粒在α-MnO2和δ-MnO2载体上以高分散状态存在,负载过程不会影响α-MnO2纳米棒的晶相结构,但会导致δ-MnO2纳米棒产生结构变化.经XPS证实不是Pt与其发生了反应.α-和δ-MnO2纳米棒对CO、苯和甲苯的催化氧化都具有很高的活性,δ-MnO2的活性略高于α-MnO2相.虽然N2吸附-脱附实验结果证实Pt负载会导致MnO2纳米棒比表面积的下降,但H2-TPR结果显示Pt和MnO2之间会产生强烈的相互作用,显著增强其催化活性,且Pt/δ-MnO2活性高于Pt/α-MnO2.催化氧化发光研究表明,这四种催化剂活性顺序是α-MnO2≤δ-MnO2<Pt/α-MnO2<Pt/δ-MnO2,与H2-TPR结果一致.铂的负载可以显著增强α-MnO2和δ-MnO2纳米棒对CO、苯和甲苯催化氧化的活性.

Pt/TiO_2纳米纤维的制备及其对甲醇的电催化氧化活性

采用静电纺丝技术结合还原浸渍法制备了Pt/TiO_2纳米纤维电催化剂,通过X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线能谱(EDS)等测试手段对样品的晶相、形貌、微结构和化学组成进行了表征.测试结果表明,TiO_2纳米纤维为锐钛矿和金红石组成的混晶,Pt纳米颗粒均匀地分布于TiO_2纳米纤维的表面,且Pt颗粒大小较均一,平均粒径为4.0nm,Pt/TiO_2纳米纤维中Pt的质量分数约为20%.采用三电极体系的循环伏安和计时电流电化学分析方法研究了样品在酸性溶液中对甲醇的电催化氧化活性,结果表明,与负载相同质量分数Pt的Pt/P25和商业Pt/C催化剂相比较,Pt/TiO_2纳米纤维催化剂对甲醇呈现出较高的电催化氧化活性和更好的稳定性.

Pt纳米粒子/ZnO纳米管修饰的钛片葡萄糖传感器

基于钛片载Pt纳米颗粒修饰的ZnO纳米管电极制备了葡萄糖生物传感器。用电化学沉积法制备了ZnO纳米棒阵列,并用化学腐蚀法制备了ZnO纳米管。Pt纳米颗粒采用恒电位沉积法修饰在ZnO纳米管表面。用扫描电子显微镜和X-射线衍射表征了纳米Pt-ZnO/Ti修饰电极。该修饰电极在0.05 M的NaOH中对葡萄糖的催化氧化表现出很好的响应,线性范围为1×10-5～1×10-2mol/L,响应时间小于4 s,并且具有良好的重现性。

核壳型纳米复合材料Cu Fe_(2)O_(4)@NH_(2)@Pt的制备及催化性能

采用溶剂热法制备磁性CuFe_(2)O_(4)亚微球,以三氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为表面修饰剂对CuFe_(2)O_(4)进行氨基化修饰,吸附Pt^(4+)离子后用乙二醇原位还原制备CuFe_(2)O_(4)@NH_(2)@Pt复合材料。利用透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线衍射(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和振动样品磁强计(VSM)对样品形貌、结构、晶型和催化性能等进行表征。以有机染料对硝基苯酚和无机染料铁氰酸钾为目标污染物研究其催化性能,结果显示6 min内,对硝基苯酚降解率约99.9%,9 min内,铁氰酸钾降解率约97%。为高效便捷的处理水污染提供了思路和方法。

膨胀石墨负载纳米Pt催化剂的制备及其电催化性能

以天然鳞片石墨为基材,采用高氯酸插层氧化制备了膨胀石墨(EG),利用乙二醇液相还原法在其表面负载了Pt纳米颗粒;采用XRD、TEM、SEM及循环伏安曲线(CV)等手段对其形貌、结构及对甲醇的电催化性能进行了表征研究。结果表明,Pt纳米颗粒的平均粒径为2.56 nm,均匀地分布在膨胀石墨载体表面,而片状结构的膨胀石墨载体能明显提升其电催化活性和抗CO中毒性能;相同条件下,该膨胀石墨负载纳米Pt催化剂的质量活性比和电流密度分别是商用JM Pt/C的1.24倍和1.5倍。