Synthesis and characterization of carbon black supported Pt-Ru alloy as a model catalyst for fuel cells

A set of bimetallic Pt-Ru catalysts prepared by co-impregnation of carbon black with ruthenium(III) chloride hydrate and hydrogen hexachloroplatinate(IV) hydrate were investigated by temperature-programmed reduction (TPR), chemisorption of hydrogen, transmission electron microscopy (TEM), microcalorimetry of adsorbed CO and a structure-sensitive reaction (n-hexane conversion). The results showed that the volumetric capacities for CO and H-2 adsorption is influenced in the bimetallic Pt-Ru catalysts by the formation of a Pt-Ru alloy. The n-hexane reaction revealed that the reaction mechanism for the pure Pt catalyst mainly occurs via cyclic isomerization and aromatization due to the presence of bigger Pt surface ensembles, whereas the Pt-Ru catalysts exhibited predominantly bond-shift isomerization by the diluting effect of Ru metal addition. The differential heats of CO chemisorption on Pt-Ru catalysts fell between the two monometallic Pt and Ru catalysts extremes. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Water reduction and oxidation on Pt-Ru/Y2Ta2O5N2 catalyst under visible light irradiation

Y2Ta2O5N2 is presented as a novel photocatalyst with high activity for water splitting under visible-light irradiation in the presence of appropriate sacrificial reagents; the activity for reduction to H-2 is increased by the incorporation of Pt or Ru as a co-catalyst, with a significant increase in production efficiency when both Pt and Ru are present.

固相反应法制备Pt-Ru/C催化剂对乙醇氧化的电催化活性研究

引言近年来,直接甲醇燃料电池(DMFC)由于其燃料来源丰富、价格低廉、甲醇携带和储存安全方便等独特的优越性而越来越受到重视[1]。但是甲醇具有一定的毒性,因此要想实现DMFC在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域的应用,必须探索新的液体燃料以替代有毒性的甲醇。其中乙醇很易从农作物中大量生产,又无毒,因此很有可能用作替代甲醇的质子交换膜燃料电池燃料。近年来乙醇的电催化氧化已被众多的研究者从电催化和乙醇燃料电池的角度进行了广泛的研究[2,3]。但是乙醇在Pt电极上的氧化易导致强吸附物种CO毒化催化剂,Pt鄄Ru合金是目前强吸附毒化物种CO易氧化为CO2的最有效的电催化剂,因此近年来也有一些关于Pt鄄Ru合金催化剂对乙醇的电化学氧化的研究[4~6]。我们研究组首次用固相反应法制备了Pt/C催化剂,发现所制得的Pt/C催化剂对甲醇[7]和乙醇[8]氧化的电催化性能要比用传统的液相反应法制得的Pt/C催化剂好很多。但Pt/C催化剂对甲醇和乙醇氧化的电催化活性还是较低,因此,本文首次研究了用固相反应法制备Pt鄄Ru/C催化剂及这种催化剂对乙醇氧化的电催化性能,发现用固相反应法制备的Pt鄄Ru/C催化剂对乙醇氧...

Novel chemical synthesis of Pt-Ru-P electrocatalysts by hypophosphite deposition for enhanced methanol oxidation and CO tolerance in direct methanol fuel cell

A novel method was developed to prepare the highly active Pt-Ru-P/C catalyst. The deposition of phosphorus significantly increased electrochemical active surface (EAS) area of catalyst by reduces Pt-Ru particle size. TEM images show that Pt-Ru-P nanoparticles have an uniform size distribution with an average diameter of 2 nm. Cyclic voltammetry (CV), Chronoamperometry (CA), and CO stripping indicate that the presence of non-metal phosphorus as an interstitial species Pt-Ru-P/C catalyst shows high activity for the electro-oxidation of methanol, and exhibit enhanced performance in the oxidation of carbon monoxide compared with Pt-Ru/C catalyst. At 30 degrees C and pure oxygen was fed to the cathode, the maximum power density of direct methanol fuel cell (DMFC) with Pt-Ru-P/C and Pt-Ru/C catalysts as anode catalysts was 61.5 mW cm(-2) and 36.6 mW cm(-2), respectively. All experimental results indicate that Pt-Ru-P/C catalyst was the optimum anode catalyst for direct methanol fuel cell.

Room temperature preparation of carbon supported Pt-Ru catalysts

A carbon supported Pt-Ru (Pt-Ru/C-T) catalyst can be prepared by a chemical reduction method in an aqueous solution with tetrahydrofuran (THF) at room temperature. The Pt-Ru particles possess high alloying, small average size and a low relative crystallinity. The electrocatalytic activity of the prepared Pt-Ru/C catalyst for methanol oxidation is much higher than that of commercial Pt-Ru/C (Pt-Ru/C-E) catalysts which have a similar average size and relative crystallinity, but the alloying extent is much lower than that in our Pt-Ru/C-T catalyst. The results illustrate that the alloying extent of Pt and Ru in the Pt-Ru/C catalyst plays an important role in the electrocatalytic activity of the Pt-Ru/C catalyst for methanol oxidation.

Preparation of a carbon supported Pt catalyst using an improved organic sol method and its electrocatalytic activity for methanol oxidation

The organic sol method for preparing ultrafine transition metal colloid particles reported for the first time by Bonnemann et al. [H. Bonnemann, W Brijoux, R. Brinkmann, E. Dinjus, T. Jou beta en, B. Korall, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 30 (1991) 1312] has been improved in this paper. The improved organic sol method uses SnCl2 as the reductant and methanol as the organic solvent. Thus, this method is very simple and inexpensive. It was found that the average size of the Pt particles in the Pt/C catalysts can be controlled by adjusting the evaporating temperature of the solvent. Therefore, the Pt/C catalysts prepared by the same method are suitable for evaluating the size effect of the Pt particles on electrocatalytic performance for methanol oxidation. The results of the X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) showed that when the evaporating temperatures of the solvent are 65, 60, 50, 40, and 30 degrees C, the average sizes of the Pt particles in the Pt/C catalysts prepared are: 2.2, 3.2, 3.8, 4.3, and 4.8 nm, respectively. The X-ray photoelectron spectroscopic (XPS) results demonstrated that the small Pt particles are easily oxidized and the decomposition/adsorption of methanol cannot proceed on the surfaces of Pt oxides.

合金化程度对炭载Pt-Ru催化剂性能的影响

在含四氢呋喃(THF)的水溶液中,室温下用NaBH4还原H2PtC l6和RuC l3制得Pt-Ru/C催化剂.其Pt-Ru粒子的合金化程度较高,平均粒径较小,相对结晶度较低.因此对甲醇氧化的电催化活性远高于Pt-Ru粒子的平均粒径和相对结晶度相似的,而且Pt-Ru合金化程度低的商业化的E-TEK的Pt-Ru/C催化剂,表明Pt-Ru的合金化程度对Pt-Ru/C催化甲醇氧化的电催化活性有很大的影响.

一种制备碳载高合金化Pt-Ru催化剂的方法

提出了在四氢呋喃(THF)和H2O混合溶液中用一般的化学还原法在室温下制备碳载Pt-Ru(Pt-Ru/C)催化剂的新方法。与在纯水中制得的Pt-Ru/C催化剂相比,其Pt-Ru粒子的合金化程度高、平均粒径较小且相对结晶度低,因此,该催化剂对甲醇氧化的电催化活性远高于在纯水中制得的Pt-Ru/C催化剂。高合金化程度的原因是H2PtCl6和RuCl3在THF和H2O混合溶液中的起始还原电位相近。此外,在THF和H2O混合溶液中,THF和H2O的体积比的改变并不影响制得的Pt-Ru/C催化剂中Pt-Ru粒子的合金化程度,但对Pt-Ru粒子的粒径以及相对结晶度有较大影响。

PEMFC催化剂的研究:自制抗CO中毒Pt-Ru/C电催化剂的性质

用胶体法制备了抗CO中毒PEMFC阳极Pt Ru/C电催化剂 (标记为THYT 2 ),对比研究了THYT 2与JohnsonMatthey(JM)公司同类品牌Pt Ru/C催化剂的电化学及其它物理化学性能 .结果表明 ,THYT 2电催化剂在甲醇燃料电池和CO/H2(ΦCO=1× 10 -4)的氢氧燃料电池中的电催化行为与JM催化剂相当,但THYT 2在低浓度CO氢气燃料中的电池性能更好 .两种催化剂的其它物理化学性质具有类似性 :XPS分析结果表明THYT 2和JM催化剂中都有三种不同价态的Pt存在 :即金属态Pt(0 )、氧化态Pt(II)和Pt(IV) .HRTEM测试结果表明两种催化剂的粒径处在 2～3nm左右 ,这可能是它们拥有良好电化学性能的主要原因之一 .本文还对催化剂中Pt与Ru组分的分布和相互作用进行了讨论 ,提出了改进Pt Ru/C电催化剂的思路

稀土墩子和稀土氧化物对甲醇在Pt催化剂上电催化氧化性能的影响

直接甲醇燃料电池( DMFC )具有甲醇来源丰富，价格低廉，在常温常压下是液体，易于携带储存；体积小，重量轻，结构简单，容易操作；维修方便，价格低等优点，近年来得到普遍的关注。然而，要达到DMFC的商品化还存在一些问题。其中一个是阳极催化剂的电催化活性低和易被甲醇氧化的中间产物，如CO毒化。对于甲醇阳极电催化剂人们进行了大量的研究，比较有效的都是Pt－过渡金属或金属氧化物复合催化剂，如Pt－Ru、 Pt－Sn、Pt佩Rh、Pt－Pd、Pt佩Re、Pt－Ru－Sn－W、Pt－WO。和Pt－TIO。等。本文研究了电解液中的稀土离子和与Pt形成复合催化剂的稀土氧化物对甲醇电催化氧化反应的促进作用，得到了如下的结果：1．电解液中的稀土Ho, Eu, Gd或Dy离子对甲醇在光滑Pt电极或DMFC中使用的Pt/C电极上的电催化氧化反应有促进作用，主要表现在的起始氧化电位负移和氧化电流增加。而电解液中加入其它种类的稀土离子对甲醇在光滑Pt电极或Pt/C电极上的电催化氧化反应有阻碍作用，如起始氧化电位正移，峰电流降低。Fu、H食Dy或Gd离子对一甲醇在Pt上的电催化氧化反应有促进作用的主要原因可能与这些稀土离子与甲醇生成配合物能力有关。2．不同Pt一稀土氧化物／C催化剂对甲醇电催化氧化反应有不同的影响。当稀土氧化物是Eu, Ho, Dy或Gd的氧化物时，甲醇在Pt一稀土氧化物／C催化剂上甲醇电催化氧化反应的极化性能和稳定性要优于在Pt/C催化剂上，而在其它的Pt-稀土氧化物／C催化剂上，甲醇电催化氧化的极化性能和稳定性要差于Pt/C电极。用不同方法制备的Pt一稀土氧化物／C催化剂对甲醇电催化氧化反应的促进作用取决于催化剂的制备方法。如先在活性碳上还原沉积Pt，再沉积上稀土氧化物所得的Pt－稀土氧化物／C催化剂的促进作用要优于先在稀土氧化物上还原沉积Pt，再一起沉积到活性碳上或先再活性碳上沉积稀土氧化物，再还原沉积上Pt的方法。另外，Pt和稀上氧化物的原子比为2：1时，pt－稀土氧化物／c催化剂对甲醇电催化氧化反应的催化活性最佳。稀土氧化物对pt／C催化剂对甲醇氧化反应的电催化性质的影响与稀土离子相似。但用稀土离子的方法比较简便，因此，相比之下，用稀土离子来促进甲醇在Pt上的电催化氧化反应方法较好。3．用Eu, Gd, Dy, Ho的氧化物制得的Pt-稀土氧化物／C复合催化剂对co的电催化氧化反应的催化活性要高于Pt/C催化剂。相对于的情况，在co在Eu, Gd, Dy,Ho的氧化物的Pt／稀土氧化物／C复合催化剂电极上的循环伏安图中，CO的氧化峰峰电位比在Pt/C电极的有不同程度的负移。吸．初步确定了电极和单体电池制备的较好的工艺参数和工作条件。在发明一种薄电极制备方法，确定最佳的电极催化层配方等的基础上，制得的单体电池，在25℃工作时，输出功率密度峰值达到28 mW/cm~2。

吸附在Pt/C催化剂上Eu~(3+)对CO电氧化的促进作用

引言目前影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)迅速发展并商业化的主要问题之一是阳极催化剂抗CO的毒化能力。Pt因其对氢的氧化具有高的催化活性而广泛地用作PEMFC的阳极催化剂,也有人研究将其它金属用于PEMFC阳极催化剂,但催化活性要比Pt低得多[1~4]。而Pt作PEMFC的阳极催化剂一个问题是痕量的CO,如10~100ppm就可以使Pt催化剂中毒[5,6]。现在的PEMFC一般用高压氢作为燃料,有很大的不安全性。人们提出用两种方法来解决这个问题,一是用甲醇、甲烷或汽油现场重整制氢作燃料的方法,但用这种制氢方法制得的氢气中含有大量的CO,即使经过纯化,也会含有ppm级的CO。另一个方法是直接用小分子醇类化合物,如甲醇作燃料,被称为直接醇燃料电池(DAFC)[7~11],但醇类化合物在阳极氧化时会有中间产物,如CO的产生,容易使阳极Pt催化剂中毒。因此,研究抗CO中毒的阳极催化剂已成为PEMFC和DAFC中一个很重要的研究课题。许多文章已报道Pt与其它贵金属或过渡金属的合金催化剂,或Pt与过渡金属氧化物的复合催化剂有一定的抗CO中毒能力。如Pt鄄Ru[12~16]、Pt鄄Bi[17]、Pt鄄Sn[17~19]...

固相反应法制备的Pt/C催化剂对乙醇氧化的电催化活性研究

直接甲醇燃料电池（DMFC）由于具有燃料来源丰富、价格低廉、易于携带储存等优点,近年来一直是世界上许多国家研究和开发的热点[1].但是甲醇具有一定的毒性,因此要想实现DMFC在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域的应用,必须探索寻找新的液体燃料以替代有毒性的甲醇.其中乙醇很易从农作物中大量生产,又无毒,因此很有可能用作为替代甲醇作DMFC的燃料.乙醇的电催化氧化已被众多的研究者从电催化和乙醇燃料电池的角度进行了广泛研究[2-7].其中,对乙醇电催化氧化活性较好的有pt[2-4]、pt-Ru[6-7]、Pt-Pd[5]和Pt-Mo[7]等催化剂.我们研究组报道了用固相反应法制得的Pt催化剂对甲醇氧化的电催化活性要优于用常规液

碳载Pt-TiO_2阳极催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性

近年来,直接甲醇燃料电池（DMFC）由于使用液体燃料而越来越受到重视,但目前DMFC存在的一个普遍的问题是常用的Pt阳极催化剂易被甲醇氧化的中间产物所毒化.因此,一些研究者研究了能抗甲醇氧化的中间产物毒化的Pt二元合金或Pt和过渡金属氧化物复合催化剂,如Pt-Ru[1]、Pt-Sn[2]、Pt-WOx[3]等.考虑至TiO2在酸性溶液中的稳定性,Hamnett研究组[4]和我们研究组[5]发现pt-TiO2/Ti复合电极对甲醇氧化有很好的电催化活性和抗中毒的能力.本文报道了制备能在DMFC中实际使用的碳载Pt-TiO2催化剂（Pt-TiO2/C）的方法和比较了Pt-TiO2/C和Pt/C电极对甲醇氧化的电催化活性和稳定性.用固相法制备含Pt20％的Pt/C催化剂[6],将制得的pt/C催化剂和Ti（OBu）4按摩尔比1:1的比例悬浮在乙醇中,超声波震荡并加水,使Ti（OBu）4完全水解成TiO2,并均匀沉积到Pt/C催化剂上,洗涤,真空干燥,500℃热处理