高耐甲醇性和稳定性的纳米复合阴极催化剂

郑宁 朱春梅 孙斌 施祖进 刘岩 王远

引用本文: 郑宁, 朱春梅, 孙斌, 施祖进, 刘岩, 王远. 高耐甲醇性和稳定性的纳米复合阴极催化剂[J]. 物理化学学报, 2012, 28(10): 2263-2268. doi: 10.3866/PKU.WHXB201208171 shu
Citation:  ZHENG Ning, ZHU Chun-Mei, SUN Bin, SHI Zu-Jin, LIU Yan, WANG Yuan. Nanocomposite Cathode Catalyst with High Methanol Tolerance and Durability[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(10): 2263-2268. doi: 10.3866/PKU.WHXB201208171 shu

高耐甲醇性和稳定性的纳米复合阴极催化剂

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(20803001, 20973003, 51121091, 21133001) (20803001, 20973003, 51121091, 21133001)

    国家重点基础研究专项经费(2011CB808702)资助。 (2011CB808702)

摘要:

报导了一种由酞菁氧钛、铂金属纳米簇和氮杂化碳纳米角结构基元组装而成的新型纳米复合电化学催化剂(TiOPc-Pt/NSWCNH)的制备、表征及电催化性能. 在TiOPc-Pt/NSWCNH催化剂中, 氮杂化碳纳米角堆积形成多孔导电网络, 铂纳粒子均匀地分散于上述多孔导电网络中, 部分铂纳粒子与TiOPc微晶直接接触. 在甲醇存在的条件下, TiOPc-Pt/NSWCNH对氧还原反应表现出高催化活性和优良的选择性与稳定性. 在甲醇浓度为0.5 mol·L-1的高氯酸水溶液中, TiOPc-Pt/NSWCNH催化氧还原反应的起始电位比商购Pt/C-JM催化剂提高了260 mV, 其质量活性和比活性(0.85 V (参比电极为可逆氢电极(RHE)))分别为83.5 A·g-1和0.294 mA·cm-2, 远高于Pt/C-JM催化剂. 在含氧气氛下, 于甲醇高氯酸水溶液中, 对TiOPc-Pt/NSWCNH和TiOPc-Pt/C催化剂进行了循环伏安法加速老化实验研究(0.6-1.0 V, 15000个循环), 结果表明TiOPc-Pt/NSWCNH具有更高的稳定性. TiOPc-Pt/NCNH催化剂的高耐醇性可能得益于由TiOPc微晶向Pt纳米粒子的电子转移, 其高稳定性主要得益于氮杂化碳纳米角的高石墨化程度及纳米角堆积而成网络结构.

English

    1. [1]

      (1) Shao, M. H.; Sasaki, K.; Adzic, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2006,128, 3526. doi: 10.1021/ja060167d

      (1) Shao, M. H.; Sasaki, K.; Adzic, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2006,128, 3526. doi: 10.1021/ja060167d

    2. [2]

      (2) Liu, Y.; Zheng, N.; Chao,W.; Liu, H.;Wang, Y. Electrochim. Acta 2010, 55, 5617. doi: 10.1016/j.electacta.2010.04.092(2) Liu, Y.; Zheng, N.; Chao,W.; Liu, H.;Wang, Y. Electrochim. Acta 2010, 55, 5617. doi: 10.1016/j.electacta.2010.04.092

    3. [3]

      (3) Li,W. Z.; Zhou,W. J.; Li, H. Q.; Zhou, Z. H.; Zhou, B.; Sun, G.Q.; Xin, Q. Electrochim. Acta 2004, 49, 1045. doi: 10.1016/j.electacta.2003.10.015(3) Li,W. Z.; Zhou,W. J.; Li, H. Q.; Zhou, Z. H.; Zhou, B.; Sun, G.Q.; Xin, Q. Electrochim. Acta 2004, 49, 1045. doi: 10.1016/j.electacta.2003.10.015

    4. [4]

      (4) Gao, M. R.; Gao, Q.; Jiang, J.; Cui, C. H.; Yao,W. T.; Yu, S. H.Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50, 4905. doi: 10.1002/anie.v50.21(4) Gao, M. R.; Gao, Q.; Jiang, J.; Cui, C. H.; Yao,W. T.; Yu, S. H.Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50, 4905. doi: 10.1002/anie.v50.21

    5. [5]

      (5) Wang,W. M.; Huang, Q. H.; Liu, J. Y.; Zou, Z. Q.; Zhao, M. Y.;Vogel,W.; Yang, H. J. Catal. 2009, 266, 156. doi: 10.1016/j.jcat.2009.06.004(5) Wang,W. M.; Huang, Q. H.; Liu, J. Y.; Zou, Z. Q.; Zhao, M. Y.;Vogel,W.; Yang, H. J. Catal. 2009, 266, 156. doi: 10.1016/j.jcat.2009.06.004

    6. [6]

      (6) Liu, S. H.; Zheng, F. S.;Wu, J. R. Appl. Catal. B: Environ.2011, 81, 108.(6) Liu, S. H.; Zheng, F. S.;Wu, J. R. Appl. Catal. B: Environ.2011, 81, 108.

    7. [7]

      (7) Wen, Z. H.; Liu, J.; Li, J. H. Adv. Mater. 2008, 20, 745.(7) Wen, Z. H.; Liu, J.; Li, J. H. Adv. Mater. 2008, 20, 745.

    8. [8]

      (8) Jasinski, R. Nature 1964, 201, 1212. doi: 10.1038/2011212a0(8) Jasinski, R. Nature 1964, 201, 1212. doi: 10.1038/2011212a0

    9. [9]

      (9) Vante, N. A.; Tributsch, H. Nature 1986, 323, 431. doi: 10.1038/323431a0(9) Vante, N. A.; Tributsch, H. Nature 1986, 323, 431. doi: 10.1038/323431a0

    10. [10]

      (10) Liu, Y.; Ishihara, A.; Mitsushima, S.; Kamiya, N.; Ota, K.J. Electrochem. Soc. 2007, 154, B664.(10) Liu, Y.; Ishihara, A.; Mitsushima, S.; Kamiya, N.; Ota, K.J. Electrochem. Soc. 2007, 154, B664.

    11. [11]

      (11) Zheng, Y.; Jiao, Y.; Chen, J.; Liu, J.; Liang, J.; Du, A. J.; Zhang,W. M.; Zhu, Z. H.; Smith, S. C.; Jaroniec, M.; Lu, G. Q.; Qiao,S. Z. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 20116. doi: 10.1021/ja209206c(11) Zheng, Y.; Jiao, Y.; Chen, J.; Liu, J.; Liang, J.; Du, A. J.; Zhang,W. M.; Zhu, Z. H.; Smith, S. C.; Jaroniec, M.; Lu, G. Q.; Qiao,S. Z. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 20116. doi: 10.1021/ja209206c

    12. [12]

      (12) Li, X. G.; Han, F.; Xing,W.; Tang, Y.W.; Lu, T. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2003, 19, 380. [李旭光, 韩飞, 邢巍,唐亚文, 陆天虹. 物理化学学报, 2003, 19, 380.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20030422(12) Li, X. G.; Han, F.; Xing,W.; Tang, Y.W.; Lu, T. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2003, 19, 380. [李旭光, 韩飞, 邢巍,唐亚文, 陆天虹. 物理化学学报, 2003, 19, 380.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20030422

    13. [13]

      (13) Kwon, K. Y. J.; Sa, Y. J.; Cheon, J. Y.; Joo, S. H. Langmuir2012, 28, 991. doi: 10.1021/la204130e(13) Kwon, K. Y. J.; Sa, Y. J.; Cheon, J. Y.; Joo, S. H. Langmuir2012, 28, 991. doi: 10.1021/la204130e

    14. [14]

      (14) Zheng, N.; Liu, Y.;Wang, Y. Chem. Res. Chin. Univ. 2011, 32,748.(14) Zheng, N.; Liu, Y.;Wang, Y. Chem. Res. Chin. Univ. 2011, 32,748.

    15. [15]

      (15) Iijima, S. Nature 1991, 354, 56. doi: 10.1038/354056a0(15) Iijima, S. Nature 1991, 354, 56. doi: 10.1038/354056a0

    16. [16]

      (16) Yoshitake, T.; Shimakawa,Y.; Kuroshima, S.; Kimura, H.;Ichihashi, T.; Kubo, Y.; Kasuya, D.; Takahashi, K.; Kokai, F.;Yudasaka, M.; Iijima, S. Physica B: Condensed Matter 2002,323, 124. doi: 10.1016/S0921-4526(02)00871-2(16) Yoshitake, T.; Shimakawa,Y.; Kuroshima, S.; Kimura, H.;Ichihashi, T.; Kubo, Y.; Kasuya, D.; Takahashi, K.; Kokai, F.;Yudasaka, M.; Iijima, S. Physica B: Condensed Matter 2002,323, 124. doi: 10.1016/S0921-4526(02)00871-2

    17. [17]

      (17) Kosaka, M.; Kuroshima, S.; Kobayashi, K.; Sekino, S.;Ichihashi, T.; Nakamura, S.; Yoshitake, T.; Kubo, Y. J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 8660.(17) Kosaka, M.; Kuroshima, S.; Kobayashi, K.; Sekino, S.;Ichihashi, T.; Nakamura, S.; Yoshitake, T.; Kubo, Y. J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 8660.

    18. [18]

      (18) Zhou, Y. K.; Neyerlin, K.; Olson,T. S.; Pylypenko, S.; Bult, J.;Dinh, H. N.; Gennett, T.; Shao, Z. P.; O'Hayre, R. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1437. doi: 10.1039/c003710a(18) Zhou, Y. K.; Neyerlin, K.; Olson,T. S.; Pylypenko, S.; Bult, J.;Dinh, H. N.; Gennett, T.; Shao, Z. P.; O'Hayre, R. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1437. doi: 10.1039/c003710a

    19. [19]

      (19) Ma, G. X.; Jia, R. G.; Zhao, J. H.;Wang, Z. J.; Song, C.; Jia, S.P.; Zhu, Z. P. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 25148. doi: 10.1021/jp208257r(19) Ma, G. X.; Jia, R. G.; Zhao, J. H.;Wang, Z. J.; Song, C.; Jia, S.P.; Zhu, Z. P. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 25148. doi: 10.1021/jp208257r

    20. [20]

      (20) Zhao, Y. C.; Zhan, L.; Tian, J. N.; Nie, S. L.; Ning, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 91. [赵彦春, 占璐, 田建袅,聂素连, 宁珍. 物理化学学报, 2011, 27, 91.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110128(20) Zhao, Y. C.; Zhan, L.; Tian, J. N.; Nie, S. L.; Ning, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 91. [赵彦春, 占璐, 田建袅,聂素连, 宁珍. 物理化学学报, 2011, 27, 91.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110128

    21. [21]

      (21) Zhang, L.W.; Zheng, N.; Gao, A.; Zhu, C. M.;Wang, Z. Y.;Wang, Y.; Shi, Z. J.; Liu, Y. J. Power Sources doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.08.009.(21) Zhang, L.W.; Zheng, N.; Gao, A.; Zhu, C. M.;Wang, Z. Y.;Wang, Y.; Shi, Z. J.; Liu, Y. J. Power Sources doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.08.009.

    22. [22]

      (22) Li, N.;Wang, Z. Y.; Zhao, K. K.; Shi, Z. J.; Gu, Z. N.; Xu, S. K.Carbon 2010, 48, 1580. doi: 10.1016/j.carbon.2009.12.055(22) Li, N.;Wang, Z. Y.; Zhao, K. K.; Shi, Z. J.; Gu, Z. N.; Xu, S. K.Carbon 2010, 48, 1580. doi: 10.1016/j.carbon.2009.12.055

    23. [23]

      (23) Liang, D. J.; Peng,W. L.;Wang, Y. Adv. Mater. doi: 10.1002/adma.201201720(23) Liang, D. J.; Peng,W. L.;Wang, Y. Adv. Mater. doi: 10.1002/adma.201201720

    24. [24]

      (24) Wang, Y.; Deng, K.; Gui, L. L.; Tang, Y. Q.; Zhou, J.W.; Cai, L.Y.; Qiu, J. B.; Ren, D. Y.;Wang, Y. Q. J. Colloid Interface Sci.1999, 213, 270. doi: 10.1006/jcis.1999.6132(24) Wang, Y.; Deng, K.; Gui, L. L.; Tang, Y. Q.; Zhou, J.W.; Cai, L.Y.; Qiu, J. B.; Ren, D. Y.;Wang, Y. Q. J. Colloid Interface Sci.1999, 213, 270. doi: 10.1006/jcis.1999.6132

    25. [25]

      (25) Wang, Y.; Ren, J.W.; Deng, K.; Gui, L. L.; Tang, Y. Q. Chem. Mater. 2000, 12, 1622. doi: 10.1021/cm0000853(25) Wang, Y.; Ren, J.W.; Deng, K.; Gui, L. L.; Tang, Y. Q. Chem. Mater. 2000, 12, 1622. doi: 10.1021/cm0000853

    26. [26]

      (26) Pylypenko, S.; Queen, A.; Olson, T. S.; Dameron, A.; O'Neill,K.; Neyerlin, K.; Pivovar, B.; Dinh, H. N.; Ginley, D. S.;Gennett, T. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13676. doi: 10.1021/jp112236n(26) Pylypenko, S.; Queen, A.; Olson, T. S.; Dameron, A.; O'Neill,K.; Neyerlin, K.; Pivovar, B.; Dinh, H. N.; Ginley, D. S.;Gennett, T. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13676. doi: 10.1021/jp112236n

    27. [27]

      (27) Enokida, T.; Hirohashi, R.; Nakamura, T. J. Imaging Sci. 1990,34, 234.(27) Enokida, T.; Hirohashi, R.; Nakamura, T. J. Imaging Sci. 1990,34, 234.

    28. [28]

      (28) Sheppard, S. A.; Campbell, S. A.; Smith, J. R.; Lloyd, G.W.;Ralph, T. R.;Walsh, F. C. Analyst 1998, 123, 1923. doi: 10.1039/a803310b(28) Sheppard, S. A.; Campbell, S. A.; Smith, J. R.; Lloyd, G.W.;Ralph, T. R.;Walsh, F. C. Analyst 1998, 123, 1923. doi: 10.1039/a803310b

    29. [29]

      (29) Michaelson, H. B. J. Appl. Phys. 1977, 48, 4729. doi: 10.1063/1.323539(29) Michaelson, H. B. J. Appl. Phys. 1977, 48, 4729. doi: 10.1063/1.323539

    30. [30]

      (30) Ma, Y.;Wen, Y. Q.;Wang, J. X.; Shang, Y. L.; Du, S. S.; Pan, L.D.; Li, G.; Yang, L. M.; Gao, H. J.; Song, Y. L. J. Phys. Chem. C2009, 113, 8548.

      (30) Ma, Y.;Wen, Y. Q.;Wang, J. X.; Shang, Y. L.; Du, S. S.; Pan, L.D.; Li, G.; Yang, L. M.; Gao, H. J.; Song, Y. L. J. Phys. Chem. C2009, 113, 8548.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  746
  • 文章访问数:  2646
  • HTML全文浏览量:  35
文章相关
  • 发布日期:  2012-09-26
  • 收稿日期:  2012-07-09
  • 网络出版日期:  2012-08-17
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章