Nano Lett.：Pd纳米颗粒与WO2.72纳米棒耦合增强甲酸的电化学氧化

【前言】

现在为了可再生能源应用的发展出现了多种类型的质子交换膜燃料电池，直接甲酸燃料电池（DFAFCs）是一种独特的能量转换器件，有着快速燃料氧化动力学但燃料交叉问题程度低。如今，制备商业化可用的DFAFCs重点在于发展强劲的催化剂，催化剂不仅要在阴极催化氧还原反应，还有在阳极催化甲酸氧化反应。就甲酸氧化反应，现已经研究制备出多种纳米结构的Pt基催化剂，但是Pt催化剂存在有CO中毒问题，因此推动了研究其他更好容纳CO的催化剂。Pd基纳米颗粒在反应过程中有着更好的CO容纳性，因此是一类很有潜力地甲酸氧化反应催化剂，但是在酸性电化学条件下Pd催化剂缺乏稳定性而且在电化学器件的实际应用中几乎起不到任何价值。现在有一种很有前景的方法可以提高金属催化的活性和持久力，就是将催化剂与金属氧化物耦合，现在已经报道的体系有Pt/TiO₂，Pd/CeO₂，Pd/SnO_x， Pt/Ti_0.7Mo_0.3O₂和Pd/HoO_x，在这些体系中通过强金属支持相互作用来提高金属催化性能。

【成果简介】

最近，美国布朗大学孙守恒教授团队在NANO LETTERS上发表了题为 “Pd Nanoparticles Coupled to WO_2.72Nanorods for Enhanced Electrochemical Oxidation of Formic Acid”的研究论文，文章报道了一种通过将NP催化剂和WO_2.72纳米棒耦合的方式来提高Pd催化剂性能，在0.1M HCIO4中可以催化甲酸氧化反应并且在一个宽的电压范围（0.4-0.85V）内显示出稳定的活性质量，约为1600mA/mg_Pd；在0.4V电压下计时电流法测试12h仍能保持活性。

【图文导读】

图一：TEM和HRTEM表征

a)合成的WO_2.72纳米棒的TEM图；

b)合成的Pd 纳米颗粒的TEM图；

c) Pd₁/WO_2.72混合的TEM图；

d) Pd₁/WO_2.72的HRTEM图。

图二：Pd/WO_2.72结构的表征

a)Pd纳米颗粒，WO_2.72纳米棒和混合Pd_1.1/WO_2.72的XRD图谱，并与W₁₈O₄₉和Pd标准峰进行对比；

b) Pd纳米颗粒，WO₇₂纳米棒和混合Pd_1.1/WO_2.72的拉曼光谱；

c) Pd纳米颗粒和混合Pd₁/WO_2.72的XPS谱；

d) Pd₁/WO_2.72和WO_2.72的XPS谱；

e) WO₇₂的Pd K边界XANES图谱；

f) WO₇₂的Pd K边界EXAFS图谱。

图三：Pd/WO_2.72的电化学性能表征

a) Pd₁/WO_2.72、Pd_0.6/WO_2.72和Pd催化剂的CVs图；

b) Pd₁/WO_2.72、Pd_0.6/WO_2.72和Pd催化剂的甲酸氧化反应CVs图；

c) Pd₁/WO_2.72、Pd催化剂和Pd纳米颗粒与WO_2.72纳米棒物理混合物在400℃煅烧后的甲酸氧化反应的CVs图；

d)煅烧的Pd_1.1/WO_2.72和Pd在经过12h计时电流法测试前后的甲酸氧化反应CVs图。

图四：Pd_1.1/WO_2.72混合物、Pd纳米颗粒与WO_2.72纳米棒的CO溶出伏安图

【小结】

本文报道了用一种温和的晶种生长法制备出混合物Pd/WO_2.72，Pd/WO_2.72是由Pd纳米颗粒和WO_2.72纳米棒耦合组成的，由于两种物质在混合物结构中的强耦合导致了Pd（111）晶面从0.23nm扩大到0.27nm，降低了Pd的表面电子密度；同时，Pd纳米颗粒显示出更好的稳定性以及催化活性。实验证明，Pd纳米颗粒和WO_2.72纳米棒的耦合不仅实现了Pd的稳定性，而且促进了甲酸的脱氢反应，实现了在甲酸氧化反应中Pd有更好的稳定性和更高的活性。

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

本文由材料人欧洲杯线上买球 组 Jane915126【李敬】 供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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