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电化学方法诱导强金属-载体相互作用提高氢氧化反应催化剂的CO耐受性
李申宙, 林子杰, 陈麒安, 蔡钊, 李箐
电化学(中英文)    2024, 30 (12): 2404121-.   DOI:10.61558/2993-074X.3474
摘要   (5 HTML23 PDF(pc) (2349KB)(291)  

诱导经典强金属-载体相互作用(SMSI)是一种提高负载型金属催化剂性能的有效途径,这指的是载体包覆金属纳米颗粒的结构重构效应。传统的SMSI诱导方式是热还原方法,但这过程中往往伴随着会损害催化活性的金属纳米颗粒的长大过程。为了解决这一问题,本研究开发了一种温和的电化学方法来诱导SMSI,并在核壳结构CNT@SnO2载体上负载的Pt纳米颗粒催化剂中进行了验证。高分辨透射电镜(HRTEM)和电化学测试结果证实了电化学诱导方法成功在Pt纳米颗粒表面构建了SnOx包覆层。这种SnOx包覆层可以保护Pt纳米颗粒在氢氧化反应(HOR)中不受CO杂质的毒害。实验显示,当H2中混入10000 ppm浓度的CO时,E-Pt-CNT@SnO2的HOR电流密度经过2000 s后仍能保持85%,而商用Pt/C在相同条件条件下工作300 s则完全失活。此外,SnOx包覆层与Pt纳米颗粒之间存在电子相互作用,这导致电荷从载体迁移到Pt纳米颗粒上,并在远离界面处聚集。这种电荷转移降低了Pt对H中间体的吸附能,提高了E-Pt-CNT@SnO2的HOR活性,催化剂的交换电流密度为1.55 A·mgPt-1,是商业Pt/C的1.3倍。原位拉曼光谱和理论计算结果表明,电化学诱导SMSI的关键因素是Pt纳米颗粒对Sn-O键强度的减弱。此外,Pt纳米颗粒对载体不同区域的Sn-O键强度的弱化存在差异,其中表面Sn原子与内部O原子之间的键强度弱于Sn原子与表面O原子之间的键强度,这促进了SnOx团簇的形成和迁移。



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Fig. 5. (a) HOR polarization curves of E-Pt-CNT@SnO2, Pt-CNT@SnO2 and commercial Pt/C in H2-saturated 0.1 mol·L-1 HClO4 (rotating speed, 1600 rpm; scan rate, 5 mV· s−1). (b) Micro region (-0.01 V - 0.01 V) of polarization curves. (c) Tafel plots of the kinetic current densities. (d) Comparison of mass and specific activities. (e) chronoamperometric curves with 10,000 ppm CO.
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