Citation: Zhihua Xu, Lixia Rao, Haiyan Song, Zhaoxiong Yan, Lijun Zhang, Shuibin Yang. Enhanced ethanol electro-oxidation on CeO2-modified Pt/Ni catalysts in alkaline solution[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(2): 305-312. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62560-3
CeO2修饰的Pt/Ni催化剂在碱性溶液中对乙醇电催化氧化性能的增强
XRD结果表明,所制Pt/Ni催化剂主要是PtNi合金相结构.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO2催化剂的XRD峰强明显变弱,表明纳米CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂的结晶性较差或者其晶体颗粒较小.这可能是由于CeO2的共沉积阻止了Ni纳米颗粒的进一步生长或团聚.当电镀液中CeO2含量为50和100 mg/L时,所制Pt/Ni-CeO2催化剂样品Pt/NiCe1和Pt/NiCe2的XRD谱上未观察到CeO2相关的衍射峰,这主要可归因于催化剂中沉积的CeO2量少或其高度分散.随着电镀液中CeO2浓度进一步增大到200 mg/L时,在Pt/Ni-CeO2催化剂(Pt/NiCe4)的XRD谱上出现了CeO2相关的衍射峰.这表明采用复合电沉积-化学还原法可以成功制备CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂.SEM结果显示,所制催化剂都是由团聚状态的纳米颗粒组成,并且Pt/NiCe2表现出比Pt/Ni更开放的微结构,从而有利于反应物扩散至催化剂内部.该结果进一步表明共沉积的CeO2对所制Pt/Ni催化剂微结构的影响.此外,EDS结果也证实成功制备了CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂.
采用多次循环伏安、电流时间曲线和电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了所制电催化剂的电化学性能.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO2催化剂表现出更好的电催化氧化乙醇活性和稳定性,这可能与CeO2的贮氧特性及其共沉积增大了电极的粗糙度有关.红外光谱测试结果表明,在CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂催化氧化乙醇过程中,CH3COO-可能是乙醇氧化的主要产物.在所制催化剂中,CeO2含量影响其电催化氧化乙醇性能.循环伏安和电流时间曲线测试结果表明,随着催化剂中CeO2含量增大,催化剂活性先增加后减弱.电化学阻抗谱结果表明,随着CeO2含量增大,CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂的接触电阻先增大后变小再变大;而电荷转移电阻不断变小.在电解液中含有100 mg/L CeO2时所制电催化剂(Pt/NiCe2)具有最佳的电催化氧化乙醇活性和稳定性.这主要与CeO2的贮氧功能、Pt与CeO2/Ni间的相互作用和其较小的接触电阻和电荷转移电阻有关.该结果可为设计和制备低价格、高活性乙醇燃料电池中的催化剂提供思路.
English
Enhanced ethanol electro-oxidation on CeO2-modified Pt/Ni catalysts in alkaline solution
-
-
[1] N. A. M. Barakat, M. Motlak, A. A. Elzatahry, K. A. Khalil, E. A. M. Abdelghani, Int. J. Hydrogen Energy, 2014, 39, 305-316.
-
[2] Z. H. Xu, J. G. Yu, G. Liu, Electrochem. Commun., 2011, 13, 1260-1236.
-
[3] A. Jablonski, A. Lewera, Chin. J. Catal., 2015, 36, 496-501.
-
[4] M. G. Hosseini, M. Abdolmaleki, S. Ashrafpoor, Chin. J. Catal., 2013, 34, 1712-1719.
-
[5] X. Y. Lv, Z. H. Xu, Z. X. Yan, X. H. Li, Electrocatalysis, 2011, 2, 82-88.
-
[6] F. P. Hu, G. F. Cui, Z. D. Wei, P. K. Shen, Electrochem. Commun., 2008, 10, 1303-1306.
-
[7] F. P. Hu, C. L. Chen, Z. Y. Wang, G. Y. Wei, P. K. Shen, Electrochim. Acta, 2006, 52, 1087-1091.
-
[8] T. Lopes, E. Antolini, F. Colmati, E. R. Gonzalez, J. Power Sources, 2007, 164, 111-114.
-
[9] Z. H. Xu, J. G. Yu, M. Jaroniec, Appl. Catal. B, 2015, 163, 306-312.
-
[10] Z. H. Xu, J. G. Yu, J. X. Low, M. Jaroniec, ACS Appl. Mater. Inter-faces, 2014, 6, 2111-2117.
-
[11] S. H. Joo, J. Y. Park, C. K. Tsung, Y. Yamada, P. Yang, G. A. Somorjai, Nat. Mater., 2008, 8, 126-131.
-
[12] Z. X. Yan, Z. H. Xu, W. J. Zhang, S. F. Zhao, Y. Xu, Int. J. Electrochem. Sci., 2012, 7, 2938-2946.
-
[13] Z. H. Xu, J. G. Yu, Nanoscale, 2011, 3, 3138-3144.
-
[14] W. Zhou, Z. Zhou, S. Song, W. Li, G. Sun, P. Tsiakaras, Q. Xin, Appl. Catal. B, 2003, 46, 273-285.
-
[15] C. W. Xu, L. Q. Cheng, P. K. Shen, Y. L. Liu, Electrochem. Commun., 2007, 9, 997-1001.
-
[16] A. Kowal, M. Li, M. Shao, K. Sasaki, M. B. Vukmirovic, J. Zhang, N. S. Marinkovic, P. Liu, A. I. Frenkel, R. R. Adzic, Nat. Mater., 2009, 8, 325-330.
-
[17] M. K. Jeon, P. J. McGinn, J. Power Sources, 2009, 188, 427-432.
-
[18] T. Huang, J. L. Liu, R. S. Li, W. B. Cai, A. S. Yu, Electrochem. Commun., 2009, 11, 643-646.
-
[19] Q. G. He, W. Chen, S. Mukerjee, S. W. Chen, F. Laufek, J. Power Sources, 2009, 187, 298-304.
-
[20] H. L. Pang, J. P. Lu, J. H. Chen, C. T. Huang, B. Liu, X. H. Zhang, Elec-trochim. Acta, 2009, 54, 2610-2615.
-
[21] C. Lamy, E. M. Belgsir, J. M. Léger, J. Appl. Electrochem, 2001, 31, 799-809.
-
[22] C. Wang, J. X. Kang, L. L. Wang, T. W. Chen, J. Li, D. F. Zhang, L. Guo, Acta Phys. Chim. Sin, 2014, 30, 708-714.
-
[23] K. Q. Ding, Y. B. Zhao, L. K. Liu, Y. L. Cao, Q. F. Wang, H. B. Gu, X. R. Yan, Z. H. Guo, Int. J. Hydrogen Energy, 2014, 39, 17622-17633.
-
[24] E. Antolini, J. R. C. Salgado, E. R. Gonzalez, J. Power Sources, 2006, 155, 161-166.
-
[25] Y. Zhao, E. Yifeng, L. Z. Fan, Y. F. Qiu, S. H. Yang, Electrochim. Acta, 2007, 52, 5873-5878.
-
[26] M. L. Wang, W. W. Liu, C. D. Huang, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34, 2758-2764.
-
[27] K. Yao, Y. F. Cheng, Int. J. Hydrogen Energy, 2008, 33, 6681-6686.
-
[28] Y. J. Hu, P. Wu, H. Zhang, C. X. Cai, Electrochim. Acta, 2012, 85, 314-321.
-
[29] B. Habibi, E. Dadashpour, Electrochim. Acta, 2013, 88, 157-164.
-
[30] H. J. Kim, S. M. Choi, S. H. Nam, M. H. Seo, W. B. Kim, Catal. Today, 2009, 146, 9-14.
-
[31] Z. X. Yan, Z. H. Xu, J. G. Yu, M. Jaroniec, Appl. Catal. B, 2016, 199, 458-465.
-
[32] Z. H. Xu, J. G. Yu, G. Liu, B. Cheng, P. Zhou, X. Y. Li, Dalton Trans., 2013, 42, 10190-10197.
-
[33] W. B. Yue, W. Z. Zhou, J. Mater. Chem., 2007, 17, 4947-4952.
-
[34] Z. H. Xu, J. C. Hu, Z. X. Yan, S. B. Yang, J. Zhou, W. Lu, Electrochim. Acta, 2009, 54, 3548-3552.
-
[35] R. F. B. De Souza, A. E. A. Flausino, D. C. Rascio, R. T. S. Oliveira, E. Teixeira Neto, M. L. Calegaro, M. C. Santos, Appl. Catal. B, 2009, 91, 516-523.
-
[36] M. Takahashi, T. Mori, A. Vinu, H. Kobayashi, J. Drennan, D. R. Ou, J. Mater. Res., 2006, 21, 2314-2322.
-
[37] A. O. Neto, L. A. Farias, R. R. Dias, M. Brandalise, M. Linardi, E. V. Spinacé, Electrochem. Commun., 2008, 10, 1315-1317
-
[38] H. X. Qiao, Z. Q. Wei, H. Yang, L. Zhu, X. Y. Yan, J. Nanomater., 2009, 2009, 795928-795933.
-
[39] Z. X. Yan, Z. H. Xu, J. G. Yu, M. Jaroniec, Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 6637-6644.
-
[40] S. C. S. Lai, S. E. F. Kleijn, F. T. Z. Oeztuerk, V. C. Van Rees Vellinga, J. Koning P. Rodriguez, M. T. M. Koper, Catal. Today, 2010, 154, 92-104.
-
[41] Y. Y. Yang, J. Ren, Q. X. Li, Z. Y. Zhou, S. G. Sun, W. B. Cai, ACS Catal., 2014, 4, 798-803.
-
[42] C. Yu, Z. X. Yan, L. H. Zhu, J. Wen, H. Q. Wang, Z. H. Xu, Electrocatalysis, 2016, 7, 193-200.
-
[43] J. S. Wang, J. Y. Xi, Y. X. Bai, Y. Shen, J. Sum, L. Q. Chen, W. F. Zhu, X. P. Qin, J. Power Sources, 2007, 164, 555-560.
-
[44] A. O. Liverira Neto, M. Linardi, D. M. Anjos, G. Tremiliosi-Filho, E. V. Spinacé, J. Appl. Electrochem., 2009, 39, 1153-1156.
-
[45] Y. X. Bai, J. J. Wu, X. P. Qin, J. Y. Yi, J. S. Wang, J. F. Li, W. T. Zhu, L. Q. Chen, Appl. Catal. B, 2007, 73, 144-149.
-
[46] D. J. Díaz, N. Greenletch, A. Solanki, A. Karakoti, S. Seal, Catal. Lett., 2007, 119, 319-326.
-
[47] Z. H. Xu, J. M. Wang, H. B. Shao, J. Q. Zhang, Chin. J. Chem. Eng., 2007, 15, 39-43.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 3
- 文章访问数: 1673
- HTML全文浏览量: 227

下载: