JACS：具有显著增强电催化活性和稳定性的新型铂钯钌碲纳米管

【引言】

直接甲醇燃料电池 (DMFC)具有潜力成为便携式和移动应用的电力转换装置。然而，Pt的高负载和高成本阻碍了其商业化运用。此外，纯Pt催化剂容易出现中间体中毒并占据活性位点，从而阻止反应物吸附。深入研究一直专注于开发催化剂Pt合金和过渡金属，改进Pt的电子结构。然而，常规合金或多相催化剂的局限性，导致催化剂活性表面积损失，甲醇氧化反应（MOR）性能不耐久。因此，开发具有稳定、活性成分高、提高MOR性能的催化剂依旧是一个有待攻克的研究方向。

【成果简介】
近日，中国科学技术大学俞书宏(通讯作者)在JACS上发表了题为“Synthesis of Low Pt-Based Quaternary PtPdRuTe Nanotubes with Optimized Incorporation of Pd for Enhanced Electrocatalytic Activity”的文章，介绍优化掺入Pd的PtRuTe NTs在MOR方面取得的最新成果。研究人员利用高活性的超薄Te纳米线（NW）作为牺牲剂，电镀合成低Pt和形貌可控的PtPdRuTe NTs。将Pd优化掺入三元PtRuTe NTs中形成均匀的保护PtPd表面，从而改善MOR性能。X射线光电子能谱（XPS）显示在PtPdRuTe上从邻近原子到Pt的电子迁移的程度更大，诠释相邻原子到Pt电子的传递，从而导致中间体在Pt上的较弱的键合。结果，四元PtPdRuTe NTs对于有效的MOR显示出增强的活性和稳定性。

【图文导读】

图1： 样品的组成及XRD图

（a）新制备的PtPdRuTe和PtRuTe NT的组分比变化；

（b）Pt₃₄Ru₂₅Te₄₁和Pt₁₇Pd₁₆Ru₂₂Te₄₅ NT的XRD图。

图2： PtPdRuTe NTs材料的形貌表征和元素分布

（a）PtPdRuTe NTs的HAADF/STEM图；

（b，c）Pt₁₇Pd₁₆Ru₂₂Te₄₅ NTs的HRTEM图像；

（d-h）EDS图谱分析显示元素Pt，Pd，Ru和Te均匀分布。

图3：不同组成PtPdRuTe NTs的形貌表征

（a-c）Pt₇Pd₃₅Ru₂₁Te₃₇ NTs的TEM和HRTEM图像；

（d-f）Pt₁₀Pd₂₇Ru₂₃Te₄₀的TEM和HRTEM图像；

（g-i）Pt₂₆Pd₁₂Ru₂₃Te₃₉的TEM和HRTEM图像；

（j-l）Pt₃₄Ru₂₅Te₄₁ NT的TEM和HRTEM图像。

图4： PtPdRuTe NTs材料的电催化活性和耐久性

（a）50mV s^-1扫描速率下，在0.5M 硫酸+1.0M甲醇溶液中测试MOR性能，PtPdRuTe NT，PtRuTe NT和Pt/C催化剂的CV曲线；

（b）PtPdRuTe，PtRuTe和Pt/C催化剂的质量活度分别归一化为PtPd和Pt的负载质量；

（c）Pt₁₇Pd₁₆Ru₂₂Te₄₅ NT和Pt/C催化剂在0.5V电压下MOR性能的计时控制图；

（d）Pt₁₇Pd₁₆Ru₂₂Te₄₅ NTs在1000个循环前后的CV曲线。

图5： PtPdRuTe NTs材料物种分析——XPS表征图谱

（a）Pt₁₇Pd₁₆Ru₂₂Te₄₅，Pt₃₄Ru₂₅Te₄₁，Pt₅₂Te₄₈和Pt/C催化剂的Pt 4f轨道的XPS光谱；

（b）Pt₁₇Pd₁₆Ru₂₂Te₄₅，Pt₂₇Pd₂₂Te₅₁和Pd₅₁Te₄₉催化剂的Pd 3d轨道的XPS光谱。

【小结】
具有不同组成的均匀的四元PtPdRuTe NT可以通过形状控制合成方法成功合成。与Pt相比，Pd前体的较高的还原电位和较高的摩尔体积允许形成致密且均匀的PtPd表面，通过上移Pt的溶解电位来减少Pt氧化并提高组合物的稳定性。得出了组成变化与结构的关系。同时，可以通过加入不同量的Pd前体调整壁厚，随着Pd的添加量增加，杂原子相互作用增强并更大程度将电子传递到PtPd表面，从而促进表面反应性和稳定性。因此，获得三元和四元纳米催化剂的杂原子相互作用是十分必要的。

文献链接: Ma, S. Y., Li, H. H., Hu, B. C., Cheng, X., Fu, Q. Q., & Yu, S. H. (2017). Synthesis of Low Pt-based Quaternary PtPdRuTe Nanotubes with Optimized Incorporation of Pd for Enhanced Electrocatalytic Activity. Journal of the American Chemical Society.

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