通过调控晶体结构提高氧气还原反应电催化活性:MPt金属间相纳米晶

• 作者: 李箐 梁嘉顺 潘然 王谭源 苗政培 谢欢 陈仙 马峰
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: 电催化 氧气还原反应 纳米晶 金属间相 合金
• 年，卷（期）: 2018,（4）
• 所属期刊栏目: 综述
• 页码范围: 583-589
• 页数: 7页
• 字数: 930字
• 语种: 中文
• DOI: 10.1016/S1872-2067(17)62989-9

摘要

燃料电池的正极主要发生氧还原反应(ORR), 但是该反应的动力学速率较慢, 需要催化剂来降低反应的过电势. 目前商用的催化剂是碳载铂纳米粒子催化剂, 但是铂高昂的价格严重阻碍了燃料电池的大规模商业化. 近年来的理论和实验研究表明, 过渡金属(M)与铂(Pt)形成的纳米晶合金(MPt)能够作为有效的ORR催化剂, 同时由于引入价格低廉的过渡金属, 催化剂成本有所降低. 然而, 即使合金化的催化剂具有良好的初始催化性能, 但是在燃料电池的实际操作环境, 即高电压、高温和酸性条件, 长时间运行之后, 过渡金属很容易被腐蚀流失, 从而留下表面配位数较低的铂原子, 而这些铂原子对ORR反应几乎没有催化作用, 导致催化剂逐渐失活, 燃料电池的输出功率逐渐降低. 最近一些研究表明, 铂基催化剂在一定条件下, 例如加热, 能够发生固态相变, 形成结构有序的即金属间纳米晶(iNCs). 与无序排列的合金相比, 这种有序的MPt能够调控表面铂原子与含氧中间体的结合能, 可以进一步提高ORR活性; 同时, 由于在金属间纳米晶中铂原子与过渡金属原子具有很强的相互作用, 过渡金属在酸性溶液中也不容易被腐蚀, 从而大大提高了催化剂的稳定性.本综述以FePt, CoPt和PbPt为例, 总结了它们的相变规律和条件, 同时关注它们的合成-结构-性能的构效关系, 突出金属间结构在提高活性和稳定性方面的优势. 最后, 为了进一步提高MPt金属间纳米晶的活性, 我们提出一些可能的方向和观点, 包括: (1) 在实现无序-相变的同时实现形貌调控来提高催化剂活性; (2) 关注尺寸效应, 尽可能减小MPt金属间纳米晶的尺寸, 提高铂的利用率, 从而提高催化剂活性; (3) 关注材料的有序程度, 尽可能提高材料的有序度, 充分发挥金属间纳米晶对于氧还原反应的优势.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	谢欢	华中科技大学材料科学与工程学院	8	46	5.0	6.0
2	梁嘉顺	华中科技大学材料科学与工程学院	1	1	1.0	1.0
3	苗政培	华中科技大学材料科学与工程学院	1	1	1.0	1.0
4	马峰	华中科技大学材料科学与工程学院	1	1	1.0	1.0
5	潘然	华中科技大学材料科学与工程学院	1	1	1.0	1.0
6	陈仙	华中科技大学材料科学与工程学院	1	1	1.0	1.0
7	王谭源	华中科技大学材料科学与工程学院	2	1	1.0	1.0
8	李箐		1	1	1.0	1.0