Nano Lett.：Pd納米顆粒與WO2.72納米棒耦合增強甲酸的電化學氧化

【前言】

現在為了可再生能源應用的發展出現了多種類型的質子交換膜燃料電池，直接甲酸燃料電池（DFAFCs）是一種獨特的能量轉換器件，有著快速燃料氧化動力學但燃料交叉問題程度低。如今，制備商業化可用的DFAFCs重點在于發展強勁的催化劑，催化劑不僅要在陰極催化氧還原反應，還有在陽極催化甲酸氧化反應。就甲酸氧化反應，現已經研究制備出多種納米結構的Pt基催化劑，但是Pt催化劑存在有CO中毒問題，因此推動了研究其他更好容納CO的催化劑。Pd基納米顆粒在反應過程中有著更好的CO容納性，因此是一類很有潛力地甲酸氧化反應催化劑，但是在酸性電化學條件下Pd催化劑缺乏穩定性而且在電化學器件的實際應用中幾乎起不到任何價值。現在有一種很有前景的方法可以提高金屬催化的活性和持久力，就是將催化劑與金屬氧化物耦合，現在已經報道的體系有Pt/TiO₂，Pd/CeO₂，Pd/SnO_x， Pt/Ti _0.7Mo _0.3O₂和Pd/HoO_x，在這些體系中通過強金屬支持相互作用來提高金屬催化性能。

【成果簡介】

最近，美國布朗大學孫守恒教授團隊在NANO LETTERS上發表了題為 “Pd Nanoparticles Coupled to WO_2.72 Nanorods for Enhanced? Electrochemical Oxidation of Formic Acid”的研究論文，文章報道了一種通過將NP催化劑和WO_2.72納米棒耦合的方式來提高Pd催化劑性能，在0.1M HCIO4中可以催化甲酸氧化反應并且在一個寬的電壓范圍（0.4-0.85V）內顯示出穩定的活性質量，約為1600mA/mg_Pd；在0.4V電壓下計時電流法測試12h仍能保持活性。

【圖文導讀】

圖一：TEM和HRTEM表征

a)合成的WO_2.72納米棒的TEM圖；

b)合成的Pd 納米顆粒的TEM圖；

c) Pd₁/WO_2.72混合的TEM圖；

d) Pd₁/WO_2.72的HRTEM圖。

圖二：Pd/WO_2.72結構的表征

a)Pd納米顆粒，WO_2.72納米棒和混合Pd_1.1/WO_2.72的XRD圖譜，并與W₁₈O₄₉和Pd標準峰進行對比；

b) Pd納米顆粒，WO₇₂納米棒和混合Pd_1.1/WO_2.72的拉曼光譜；

c) Pd納米顆粒和混合Pd₁/WO_2.72的XPS譜；

d) Pd₁/WO_2.72和WO_2.72的XPS譜；

e) WO₇₂的Pd K邊界XANES圖譜；

f) WO₇₂的Pd K邊界EXAFS圖譜。

圖三：Pd/WO_2.72的電化學性能表征

a) Pd₁/WO_2.72 、Pd_0.6/WO_2.72和Pd催化劑的CVs圖；

b) Pd₁/WO_2.72 、Pd_0.6/WO_2.72和Pd催化劑的甲酸氧化反應CVs圖；

c) Pd₁/WO_2.72、Pd催化劑和Pd納米顆粒與WO_2.72 納米棒物理混合物在400℃煅燒后的甲酸氧化反應的CVs圖；

d)煅燒的Pd_1.1/WO_2.72 和Pd在經過12h計時電流法測試前后的甲酸氧化反應CVs圖。

圖四：Pd_1.1/WO_2.72混合物、Pd納米顆粒與WO_2.72 納米棒的CO溶出伏安圖

【小結】

本文報道了用一種溫和的晶種生長法制備出混合物Pd/WO_2.72，Pd/WO_2.72是由Pd納米顆粒和WO_2.72納米棒耦合組成的，由于兩種物質在混合物結構中的強耦合導致了Pd（111）晶面從0.23nm擴大到0.27nm，降低了Pd的表面電子密度；同時，Pd納米顆粒顯示出更好的穩定性以及催化活性。實驗證明，Pd納米顆粒和WO_2.72納米棒的耦合不僅實現了Pd的穩定性，而且促進了甲酸的脫氫反應，實現了在甲酸氧化反應中Pd有更好的穩定性和更高的活性。

【文獻鏈接】Pd Nanoparticles Coupled to WO2.72 Nanorods for Enhanced?Electrochemical Oxidation of Formic Acid.( Nano Lett., 2017,DOI:?10.1021/acs.nanolett.7b00870)

本文由材料人新能源組 Jane915126【李敬】 供稿，材料牛編輯整理。

點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，找材料人、上測試谷！