Verbesserung der Methanoltoleranz von Platin-Nanopartikeln für die Kathodenreaktion von Direktmethanol-Brennstoffzellen durch ein geometrisches Design

Scientific Reports Band 5, Artikelnummer: 16219 (2015) Diesen Artikel zitieren

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Die Beherrschung der Struktur von Nanopartikeln könnte ein wirksamer Weg sein, ihre Leistung für eine bestimmte Anwendung zu verbessern. Hier demonstrieren wir das Design von Käfigglocken-Nanostrukturen, um die Methanoltoleranz von Platin (Pt)-Nanopartikeln zu verbessern und gleichzeitig ihre katalytische Aktivität für die Sauerstoffreduktionsreaktion beizubehalten. Diese Strategie beginnt mit der Synthese von Kern-Schale-Schale-Nanopartikeln, wobei sich Pt und Silber (Ag) jeweils im Kern- und Innenschalenbereich befinden, die dann mit gesättigter Natriumchloridlösung (NaCl) gerührt werden, um die Ag-Komponente aus dem Inneren zu entfernen Dies führt zur Bildung bimetallischer Nanopartikel mit einer Käfigglockenstruktur, die als beweglicher Pt-Kern definiert ist, der von einer Metallhülle mit Nanokanälen umgeben ist und aufgrund der unterschiedlichen Diffusion eine überlegene Methanol-tolerante Eigenschaft bei der Katalyse der Sauerstoffreduktionsreaktion aufweist Verhalten von Methanol und Sauerstoff in der porösen Metallhülle von Nanopartikeln mit Käfigglockenstruktur. Insbesondere die Verwendung eines bemerkenswert kostengünstigen chemischen Wirkstoffs (NaCl) zur Förderung der Bildung von Partikeln mit Käfigglockenstruktur, die ein breites Spektrum an Metallhüllen enthalten, unterstreicht seinen technischen Wert, hochselektive Elektrokatalysatoren in großem Maßstab für die Kathodenreaktion von Direktmethanol herzustellen Brennstoffzellen.

Unter den verschiedenen Arten von Brennstoffzellen sind Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFCs) die vielversprechendsten als Energiequellen für tragbare und mobile Produkte, die eine niedrige Leistungsdichte, aber eine hohe Energiedichte erfordern. Ihre Fähigkeit, bei relativ niedrigen Temperaturen zu arbeiten, und ihre schnellen Starteigenschaften (da Methanol direkt verwendet wird, ohne dass eine Kraftstoffreformierung erforderlich ist) schneiden im Vergleich zu Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFCs) auf Basis der Wasserstoffoxidation1,2,3 gut ab. Um es kurz zusammenzufassen: Nach fast zwei Jahrzehnten Forschungsanstrengungen ist eines der Hauptprobleme bei DMFCs der Übergang von Methanol von der Anode zur Kathode durch die Polymerelektrolytmembran (PEM), was zu einer erheblichen Reduzierung der Brennstoffzelle führen kann Effizienz, da der üblicherweise verwendete Platin (Pt)-Elektrokatalysator an der Kathode nicht selektiv für die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) ist und auch für die Methanoloxidationsreaktion (MOR) katalytisch aktiv ist4,5,6,7,8. Obwohl eine Reihe von Anstrengungen unternommen wurden, um die PEMs zu modifizieren, um dieses Haupthindernis für die Kommerzialisierung von DMFCs zu überwinden, wird allgemein angenommen, dass die häufig verwendete Nafion-Membran eine unannehmbar hohe Methanol-Crossover-Rate aufweist9,10,11,12, 13,14,15. In diesem Sinne stellt die Synthese von Elektrokatalysatoren mit hoher ORR-Selektivität eine Alternative zur Lösung des Methanol-Crossover-Problems in DMFCs dar. Leider sind hoch ORR-selektive Elektrokatalysatoren wie makrozyklische Übergangsmetallkomplexe16,17,18,19, Übergangsmetallsulfide und -selenide20,21,22 in der sauren Umgebung von DFMCs chemisch nicht stabil und weisen in Abwesenheit von Methanol nur geringe intrinsische ORR-Aktivitäten auf sind bekannte Mängel. Daher hat das Interesse an der Entwicklung methanoltoleranter Kathodenkatalysatoren mit ORR-Aktivitäten, die mit denen von Pt vergleichbar sind, im Laufe der Jahre nicht nachgelassen.

Anstelle klassischer Strategien zur Steigerung der Pt-Katalysatorleistung durch Legieren mit Übergangsmetallen23,24,25,26 haben wir in unseren frühen Studien das Konzept entwickelt, dass die gute ORR-Selektivität des Pt-Katalysators durch ein geometrisches Design und nicht durch Herstellung realisiert werden könnte Nutzung der intrinsischen Eigenschaften des katalytischen Metalls27,28. Bei dieser Strategie wurden die bimetallischen Pt-Ru-Nanopartikel mit einer Käfigglockenstruktur (CBS), die sich auf einen beweglichen Kern bezieht, der von einer Hülle mit Nanokanälen umgeben ist, auf der Grundlage der Inside-Out-Diffusion von Ag in Ag-haltigem Material hergestellt Kern-Schale-Metallnanopartikel, um die ORR-Selektivität zu erreichen. In den CBS-Pt-Ru-Nanopartikeln befand sich das katalytisch aktive Metall, also Pt, im Kernbereich, abgeschirmt durch eine poröse Ru-Hülle, die für die Methanoloxidation inaktiv ist. Methanol und Sauerstoff müssen durch die poröse Ru-Hülle in das CBS-Innere des Nanopartikels diffundieren, damit MOR und ORR auftreten können. Allerdings ist ein Methanolmolekül größer als ein Sauerstoffmolekül (die Durchmesser von Methanol- und Sauerstoffmolekülen betragen 0,44 nm bzw. 0,34 nm). Daher ist die Diffusion von O2 in CBS Pt-Ru-Nanopartikeln schneller als die von Methanol, was die Oxidation von Methanol auf CBS Pt-Ru zu einem nicht konkurrierenden Vorgang macht.

Angesichts des großen Potenzials von CBS-Nanopartikeln in der Katalyse29,30 versuchen wir weiterhin, einen einfacheren Ansatz für die Herstellung von CBS-Nanopartikeln mit aktivem Pt im Kernbereich zu entwickeln, der auf der Inside-Out-Diffusion von Ag in der Ag-haltigen Kernschale basiert Metall-Nanopartikel. Die Forschungsfortschritte in dieser Arbeit umfassen die Optimierung der Pt-Keimsynthese und die Suche nach einem kostengünstigeren Reagens als Ersatz für das teure Bis(p-sulfonatophenyl)phenylphosphan (BSPP), das in früheren Studien zur Förderung der Inside-Out-Diffusion verwendet wurde von Ag und die Erforschung eines breiteren Spektrums an Edelmetallen als poröse Hülle in CBS-Nanopartikeln. Wie wir später zeigen werden, zeigen die CBS-Nanopartikel eine überlegene Aktivität, Stabilität und Selektivität für die ORR in Gegenwart einer hohen Methanolkonzentration. Darüber hinaus könnte die Studie in dieser Arbeit im Hinblick auf die Verwendung bemerkenswert kostengünstiger chemischer Wirkstoffe zur Förderung der Bildung von CBS-Partikeln eine vielversprechende Methode zur Herstellung hochselektiver Elektrokatalysatoren für die Kathodenreaktion von DMFCs in großem Maßstab bereitgestellt haben.

Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung für die Synthese bimetallischer Pt-M-Nanopartikel (M = Ru, Os oder Ir) mit Käfigglockenstruktur. Analog zu dem, was wir zuvor berichtet haben27,28, beginnt auch dieses Protokoll mit der Synthese von Pt-Keimpartikeln in einem organischen Lösungsmittel, die zuerst mit einer Ag-Hülle überzogen werden, gefolgt vom Wachstum einer weiteren Metallhülle (Ru, Os oder Ir). bilden Pt-Ag-M-Nanopartikel mit der erforderlichen Kern-Schale-Schale-Struktur. Die innere Ag-Hülle wird dann mit einer gesättigten wässrigen NaCl-Lösung entfernt, die im Vergleich zum ursprünglich verwendeten Bis(p-sulfonatophenyl)phenylphosphan (BSPP) viel billiger und leicht erhältlich ist, wodurch ein Organosol aus CBS-Pt-M-Nanomaterialien zurückbleibt.

Synthetische Strategie.

Schematische Darstellung zur Darstellung der Synthese bimetallischer Pt-M-Nanopartikel (M = Ru, Os oder Ir) mit Käfigglockenstruktur.

Abbildung 2 zeigt die Transmissionselektronenmikroskopiebilder (TEM) der so hergestellten Pt-Nanopartikel bei verschiedenen Temperaturen, die als Keime in den aufeinanderfolgenden Reduktionsreaktionen verwendet werden. Wie bereits erwähnt, hat die Reaktionstemperatur einen erheblichen Einfluss auf die durchschnittliche Größe und Morphologie der Pt-Keime. Bei relativ niedriger Temperatur (155 °C) sind die Pt-Nanopartikel überwiegend polyedrisch und haben einen durchschnittlichen Durchmesser von ca. 8,8 nm (Abb. 2a), während bei relativ hohen Temperaturen (160 °C und 170 °C) die so erhaltenen Pt-Nanopartikel quasi-kugelförmig sind, begleitet von einem kleinen Anteil wurmartiger Partikel (Abb. 2b bzw. c). ). Wenn die Synthesetemperatur auf 180 °C erhöht wurde, blieben die Pt-Nanopartikel quasi-kugelförmig und hatten fast die gleiche Größe wie die bei 160 °C und 170 °C hergestellten, aber die wurmartigen Partikel sind bei dieser Temperatur nicht nachweisbar (Abb . 2d). Bei 185 °C sind die Pt-Keime nahezu kugelförmige Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ca. 4,5 nm (Abb. 2e). Es werden keine offensichtlichen Veränderungen in der Partikelgröße und Morphologie bei höherer Reaktionstemperatur beobachtet, wie aus Abb. 2f für das TEM-Bild der bei 190 ° C synthetisierten Pt-Partikel hervorgeht.

Platin-Samenpartikel.

Repräsentative TEM-Bilder der Pt-Keimpartikel, die bei 155 °C (a), 160 °C (b), 170 °C (c), 180 °C (d), 185 °C (e) und 190 °C (f) synthetisiert wurden ), jeweils.

Da die Keimpartikel mit unregelmäßigen Morphologien zusätzliche Schwierigkeiten bei der späteren Bildung von Kern-Schale-Strukturen mit sich bringen würden, da die Reaktivität der verschiedenen Stellen auf ihrer Oberfläche unterschiedlich sein könnte31,31,32,33,34,35,36, wurden die Pt-Nanopartikel synthetisiert bei 185°C wurden als Keime für die nachfolgenden Reduktionsreaktionen ausgewählt. Es sollte erwähnt werden, dass die Zugabe einer kleinen Menge AgNO3 verwendet wurde, um Pt-Keimpartikel mit regelmäßigen Kugeln zu erhalten, ohne die stattdessen die Pt-Nanotetrapoden die dominierenden Produkte waren27,37. Der Einfluss der zusätzlichen Menge an AgNO3 auf die Größe/Morphologie der Pt-Keime wurde durch die TEM-Bilder in Abbildung S1 der Supplementary Information (SI) gezeigt. Wie gezeigt, kann der geringe AgNO3-Zusatz die Bildung kugelförmiger Pt-Keime nicht fördern, während der hohe AgNO3-Zusatz die Größe der Pt-Nanopartikel deutlich erhöhen würde. Darüber hinaus weisen die hergestellten Pt-Nanopartikel bei der Verwendung von K2PtCl4 anstelle von Pt(acac)2 als Pt-Vorläufer, wie in SI-Abbildung S1d für das TEM-Bild dargestellt, eher eine sternförmige Morphologie als eine regelmäßige Kugelform auf, wie in berichtet wurde eine aktuelle Literatur38.

Die Herstellung von Kern-Schale-Pt-Ag- und Kern-Schale-Schale-Pt-Ag-M-Nanopartikeln (Ru, Os oder Ir) sind die wichtigen Schritte vor der Herstellung von CBS-Pt-M-Nanostrukturen. Abbildung 3 zeigt die TEM- und hochauflösenden TEM-Bilder (HRTEM) der in dieser Studie vorgestellten Kern-Schale-Pt-Ag- und Kern-Schale-Schale-Pt-Ag-M-Nanopartikel. Abbildung 3a,b sind die typischen TEM- und HRTEM-Bilder von Kern-Schale-Pt-Ag-Nanopartikeln, wobei die Kern-Schale-Struktur durch deutliche Helligkeitsunterschiede zwischen den inneren und äußeren Bereichen der Partikel erkannt werden konnte. Nach der Überlagerung mit einer Ag-Hülle erhöht sich der durchschnittliche Durchmesser der Pt-Keimpartikel von ca. 4,5 nm bis ca. 8,6 nm. Bei der Reduktion von Ru-, Os- oder Ir-Vorläufern in Gegenwart von Kern-Schale-Pt-Ag-Nanopartikeln stiegen die durchschnittlichen Durchmesser der endgültigen Kern-Schale-Schale Pt-Ag-Ru, Pt-Ag-Os und Pt-Ag-Ir Die Produkte erreichen 14,2 nm, 13,4 nm bzw. 10,2 nm, wie die TEM-Bilder (Abb. 3d, g, j) und HRTEM-Bilder (Abb. 3e, h, k) zeigen. Das Vorhandensein verwandter Elemente in diesen Kern-Schale-Produkten wird durch die entsprechenden EDX-Analysen bestätigt (Abb. 3c, f, i, l für Kern-Schale Pt-Ag, Kern-Schale-Schale Pt-Ag-Ru, Pt-Ag). -Os bzw. Pt-Ag-Ir).

Kern-Hülle-Hülle-Pt-Ag-M-Nanopartikel.

Repräsentative TEM-Bilder (a,d,g,j), HRTEM-Bilder (b,e,h,k) und entsprechende EDX-Spektren (c,f,i,l) des so hergestellten Kern-Schale-Pt-Ag (a). –c), Kern-Schale-Schale Pt-Ag-Ru (d–f), Kern-Schale-Schale Pt-Ag-Os (g–i) und Kern-Schale-Schale Pt-Ag-Ir-Nanopartikel (j– l).

Nach 24-stündiger Alterung der Toluollösung der Kern-Schale-Schale-Pt-Ag-M-Nanopartikel mit gesättigter wässriger NaCl-Lösung unter kräftigem Rühren wird die innere Ag-Schicht von den Kern-Schale-Schale-Pt-Ag-M-Nanopartikeln entfernt und zurückbleibt hinter bimetallischen Pt-Ru-, Pt-Os- und Pt-Ir-Nanopartikeln mit Käfigglockenstrukturen. SI Abbildung S2 zeigt die UV-sichtbaren Spektren der kolloidalen Kern-Schale-Schale-Pt-Ag-M-Lösungen vor und nach der NaCl-Behandlung, wobei die Oberflächenplasmonresonanz (SPR) ausgelöscht wird, die mit der inneren Ag-Schicht verbunden ist Die anderen Metalle (Pt, Ru, Os und Ir) weisen nach der NaCl-Behandlung keine Absorption auf, was als indirekter Beweis für die Eliminierung der inneren Ag-Hülle aus den Kern-Hülle-Hülle-Pt-Ag-M-Nanopartikeln dienen könnte . Einen direkteren Beweis lieferte das Verschwinden des Ag-Signals in den energiedispersiven Röntgenspektren (EDX) von Kern-Hülle-Hülle-Pt-Ag-Ru-, Pt-Ag-Os- und Pt-Ag-Ir-Nanopartikeln nach der NaCl-Behandlung , wie in Abb. 4c, f, i angegeben. Elektronenmikroskopische Bilder der so hergestellten CBS-Pt-M-Nanopartikel sind auch in Abb. 4 dargestellt, in der der Hohlraum zwischen dem Kern und den äußeren Schalenbereichen, der bei der Eliminierung der inneren Ag-Schale durch NaCl entsteht, erkennbar ist starker Helligkeitskontrast in TEM- und HRTEM-Bildern. Wie beobachtet, haften die eingeschlossenen Kerne in einigen Fällen aufgrund der beweglichen Natur des Kerns nach dem Entfernen der inneren Hüllenhalterung an den Innenflächen der Außenhülle. Ein Vergleich zwischen den elektronenmikroskopischen Bildern von CBS-Nanopartikeln (Abb. 4) und ihren Kern-Schale-Schale-Gegenstücken (Abb. 3) zeigt, dass die Partikelgröße und -morphologie nach der NaCl-Behandlung praktisch unverändert blieben, was die Entfernung der inneren Teilchen zeigt Die Ag-Hülle der Kern-Hülle-Hülle-Nanopartikel führt nicht zum Kollaps der Partikelgeometrie. Darüber hinaus lässt die erfolgreiche Entfernung der inneren Ag-Schale aus den Kern-Schale-Schale-Pt-Ag-M-Nanopartikeln auf das Vorhandensein winziger Kanäle in der äußeren Metallschicht aus Ru, Os oder Ir schließen, die nicht nur die Grundlage dafür bilden die Entfernung der Ag-Komponente durch NaCl, aber auch die Voraussetzung dafür, dass die CBS-Nanopartikel elektrokatalytische Aktivitäten aufweisen, da sich das aktive Pt-Metall im Kernbereich befindet.

Käfigglockenstrukturierte Pt-M-Nanopartikel.

Repräsentative TEM-Bilder (a,d,g), HRTEM-Bilder (b,e,h) und entsprechende EDX-Spektren (c,f,i) von so hergestelltem CBS Pt-Ru (a–c), Pt-Os (d –f) bzw. Pt-Ir-Nanopartikel (g–i).

Mithilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wurden die chemischen Zustände der Elemente in aus Toluol gewonnenen CBS-Pt-M-Nanopartikeln analysiert. SI Abbildung S3a, c und e zeigen die 4f-Regionen von Pt in CBS Pt-Ru-, Pt-Os- und Pt-Ir-Nanopartikeln, während die Ru 3p-, Os 4f- und Ir 4f-Regionen als SI Abbildung S3b, d, f angegeben sind. jeweils. In Pt, Ru und Ir können alle Spektren in zwei Dublettpaare entfaltet werden. Das intensivere Dublett (bei 71,5 und 74,8 eV für Pt 4f, bei 462,5 und 485,0 eV für Ru 3p bzw. bei 61,4 und 64,4 eV für Ir 4f) ist ein Zeichen für Metalle im nullwertigen Zustand39,40. Das zweite und schwächere Dublett (bei 72,9 und 76,2 eV für Pt 4f, bei 464,3 und 486,8 eV für Ru 3p bzw. bei 62,4 und 65,7 eV für Ir 4f) mit höheren Bindungsenergien als nullwertigen Metallen konnte zugeordnet werden zum Oxidationszustand der Metalle entsprechend PtO oder Pt(OH)2, RuO2 und IrO239,40. Für Os in CBS-Pt-Os-Nanopartikeln werden neben dem Metall im nullwertigen Zustand auch die oxidierten Zustände beobachtet, die Os4+(OsO2) und Os8+(OsO4) entsprechen40, wie in SI-Abbildung S3d gezeigt.

Sowohl die CBS Pt-M-Nanopartikel als auch die Pt-Keime wurden auf Vulcan-Kohlenstoff geladen (beschriftet als CBS Pt-Ru/C, CBS Pt-Os/C, CBS Pt-Ir/C bzw. Pt/C) und auf Elektrokatalyse getestet Aktivität für ORR und MOR bei Raumtemperatur. Wie die repräsentativen TEM- und HRTEM-Bilder in SI-Abbildung S4 zeigen, konnten die Pt-Keime und CBS-PM-Nanopartikel mit herkömmlichen Mitteln sehr gut auf dem Kohlenstoffträger verteilt werden und die Käfigglockenstruktur der Nanopartikel ist intakt. Die Beladung der Pt-Keime und CBS-Partikel auf Kohlenstoff wurde auf 20 Gew.-% Pt festgelegt, um vergleichbar zu sein.

Die elektrochemisch aktiven Oberflächen (ECSAs) von Pt/C-, CBS Pt-Ru/C-, CBS Pt-Os/C- und CBS Pt-Ir/C-Katalysatoren wurden mittels Cyclovoltammetrie gemessen (Abb. 5a). Die durch die Pt-Masse normalisierten ECSAs betragen 30,6 m2 gPt−1, 26,2 m2 gPt−1, 25,4 m2 gPt−1 und 26,8 m2 gPt−1 für Pt/C, CBS Pt-Ru/C, CBS Pt-Os/C bzw. CBS Pt-Ir/C. Das Vorhandensein von an der Oberfläche adsorbierten Restverunreinigungen könnte schädlich für die aktiven Oberflächenbereiche der Nanopartikel sein. Die vergleichbaren ECSAs der Pt-Keime und CBS-Pt-M-Nanopartikel legen jedoch nahe, dass der Effekt der porösen Metallhülle (Ru, Os oder Ir) in CBS-Partikeln auf die ECSAs des Pt-Kerns vernachlässigbar sein könnte.

Elektrochemische Messungen.

Zyklische Voltammogramme von Pt/C-, CBS Pt-Ru/C-, CBS Pt-Os/C- und CBS Pt-Ir/C-Katalysatoren in mit Argon gespültem HClO4 (0,1 M) bei 50 mV s−1 (a); ORR-Polarisationskurven für Pt/C-, CBS Pt-Ru/C-, CBS Pt-Os/C- und CBS Pt-Ir/C-Katalysatoren in einer O2-gesättigten HClO4-Lösung (0,1 M) bei 20 mV s−1 und einer Rotationsgeschwindigkeit von 1600 U/min (b); Zyklische Voltammogramme von Pt/C-, CBS Pt-Ru/C-, CBS Pt-Os/C- und CBS Pt-Ir/C-Katalysatoren in mit Argon gespültem HClO4 (0,1 M) mit 1 M Methanol bei 20 mV s−1 (c) .

Abbildung 5b zeigt die ORR-Polarisationskurven im Potentialbereich von 0,8 bis 0 V für die Pt/C- und CBS Pt-M/C-Katalysatoren in sauerstoffgesättigter 0,1 M HClO4 bei Raumtemperatur. Für die Katalysatoren Pt/C, CBS Pt-Ru, CBS Pt-Os und CBS Pt-Ir betragen die Halbwellenpotentiale 529 mV, 532 mV, 535 mV bzw. 522 mV. Die CBS-Pt-M-Nanopartikel weisen aufgrund der gleichen Größe ihres aktiven Metalls eine sehr vergleichbare Aktivität wie Pt-Keimpartikel für die ORR auf, was darauf hindeutet, dass die poröse Ru-, Os- oder Ir-Hülle einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Aktivität des Pt-Kerns für die ORR hat.

Der Aktivitätstrend der Pt/C- und CBS-Pt-M/C-Katalysatoren für MOR unterscheidet sich deutlich von dem für ORR. Die niedrige MOR-Aktivität der CBS-Pt-M-Katalysatoren steht in starkem Kontrast zu ihrer hohen ORR-Aktivität, wie Abb. 5c für die Voltammogramme zeigt. Die Spitzenstromdichten für CBS Pt-Ru/C, CBS Pt-Os/C und CBS Pt-Ir/C im Zusammenhang mit der Methanoloxidation in den Vorwärtsscans betragen 4,2, 5,5 bzw. 4,7 mA cm−2 und betragen nur 10,9 % , 14,3 % und 12,2 % der Stromdichten von Pt/C-Katalysatoren (38,5 mA cm−2). Der Vergleich der Stromdichten zeigt, dass die CBS-Pt-M-Nanopartikel eine deutlich geringere spezifische Aktivität aufweisen als die Pt-Keime. Aufgrund der identischen Größe und Morphologie der Pt-Keime und des Pt-Kerns in CBS-Nanopartikeln konnte die geringere katalytische Aktivität von CBS-Pt-M-Nanopartikeln nur auf das Vorhandensein einer porösen Ru-, Os- oder Ir-Hülle zurückgeführt werden, die eine erhebliche Hemmung bewirkt die Oxidation von Methanol auf der Oberfläche des Pt-Kerns in CBS Pt-M-Nanopartikeln.

Als weitere Beweise für die Hemmung von CBS-Nanostrukturen auf dem MOR zeigt Abb. 6 die Polarisationskurven der ORR auf Pt-Keimen und CBS-Pt-M-Nanopartikeln in Gegenwart von Methanol in Konzentrationen von bis zu 1,0 M im Elektrolyten. Wie in Abb. 6b, c, d dargestellt, wurde die katalytische Reduktion von Sauerstoff auf den CBS-Pt-M-Nanopartikeln kaum beeinflusst. Die Halbwellenpotentiale der Katalysatoren CBS Pt-Ru/C, CBS Pt-Os/C und CBS Pt-Ir/C können in Gegenwart von Methanol 96,2 %, 94,6 % und 96,6 % der Halbwellenpotentiale der entsprechenden Katalysatoren erreichen CBS-Nanopartikel ohne Methanol, was die wirksame Hemmung der Methanoloxidation auf den CBS Pt-M-Nanopartikeln zeigt. Zum Vergleich wurde auch die Sauerstoffreduktion an den Pt-Keimpartikeln mit und ohne Methanol gemessen (Abb. 6a). Die ORR-Polarisationskurve wurde in diesem Fall in Gegenwart von 1 M Methanol deutlich beeinflusst: Es bildete sich ein Peak beim Potenzial für Methanoloxidation. Wie wir in frühen Studien27,28 dargestellt haben, befindet sich im CBS-Pt-M-Katalysator das katalytisch aktive Metall, also Pt, im Kernbereich, abgeschirmt durch eine poröse Metallhülle. Methanol oder Sauerstoff müssen durch die poröse Hülle der CBS-Nanopartikel diffundieren, um Zugang zum aktiven Pt-Kern zu erhalten, damit die Elektrokatalyse stattfinden kann. In diesem Fall würde die größere Molekülgröße von Methanol seine Diffusion in CBS-Nanostrukturen behindern, was die Oxidation von Methanol auf CBS Pt-M zu einem nicht konkurrierenden Vorgang machen würde. Chronoamperometrien von Pt/C- und CBS-Pt-M/C-Katalysatoren bei 0,45 V in sauerstoffgesättigter 0,1 M HClO4-Lösung in Gegenwart von 1 M Methanol wurden verwendet, um einige Hinweise auf die Langzeitleistung der Katalysatoren in der ORR zu erhalten. SI Abbildung S5 zeigt, dass die „Steady-State“-Aktivität von CBS-Pt-M-Nanopartikeln nach mehr als 5 Stunden viel höher ist als die der Pt-Keime, was darauf hindeutet, dass der Pt-Katalysator für ORR in Gegenwart von Methanol durch die Poren stabilisiert werden kann Metallgehäuse. Als typisches Beispiel ist das TEM-Bild der CBS Pt-Ru-Nanopartikel nach elektrochemischen Messungen in SI Abbildung S6 dargestellt. Wie gezeigt, konnte im Vergleich zu den Partikeln vor den elektrochemischen Messungen keine offensichtliche Änderung in Größe und Struktur beobachtet werden (SI-Abbildung S4c), was auf die hohe Strukturstabilität während der elektrochemischen Messung hinweist.

Sauerstoffreduktion mit oder ohne Methanol.

ORR-Polarisationskurven für Pt/C (a), CBS Pt-Ru/C (b), CBS Pt-Os/C (c) und CBS Pt-Ir/C-Katalysatoren (d) in einer O2-gesättigten HClO4-Lösung (0,1). M) mit oder ohne 1 M Methanol bei einer Scanrate von 20 mV s−1 und einer Rotationsgeschwindigkeit von 1600 U/min.

Durch die Entwicklung effektiver Strategien zur Anpassung der Strukturen (z. B. der Größe des Pt-Kerns und der Porosität der Metallhülle) der CBS-Nanopartikel wäre zu erwarten, dass die ORR-katalytische Aktivität und die Methanoltoleranz von CBS-Pt-M-Nanopartikeln weiter verbessert werden könnten. Obwohl dieses Konzept in unseren frühen Studien weiterentwickelt und bewiesen wurde, sollte der Vorteil der Verwendung eines bemerkenswert kostengünstigen chemischen Mittels (NaCl) in dieser Arbeit zur Förderung der Bildung von CBS-Partikeln mit einem breiten Spektrum an Metallhüllen hervorgehoben werden, und dies hätte möglicherweise zu einem Ergebnis geführt vielversprechende Methode zur Herstellung hochselektiver Elektrokatalysatoren im großen Maßstab für die Kathodenreaktion von DMFCs.

Zusammenfassend haben wir einen kostengünstigen Ansatz für die Herstellung bimetallischer Pt-M-Nanopartikel mit einer Käfigglockenstruktur entwickelt, die als beweglicher Pt-Kern definiert ist, der von einer Metallhülle mit Nanokanälen umgeben ist. Dieser Ansatz basiert auf der Entfernung der inneren Ag-Hülle von Pt-Ag-M-Nanopartikeln mit Kern-Hülle-Hülle-Struktur unter Verwendung von kostengünstigem NaCl. Bei dieser Strategie wurden Kern-Schale-Schale-Nanopartikel mit Pt und Ag im Kern- bzw. Innenschalenbereich zunächst in einem organischen Lösungsmittel hergestellt und dann mit gesättigter NaCl-Lösung gerührt, um die Ag-Komponente aus dem Innenschalenbereich zu entfernen. Dies führt zur Bildung von CBS-Pt-M-Nanopartikeln. Die elektrochemischen Messungen zeigten, dass die NaCl-induzierten CBS-Pt-M-Nanopartikel auf einem Kohlenstoffträger die Methanoltolaritätseigenschaften verbessern und gleichzeitig die ORR-Aktivität der Pt-Keime aufrechterhalten können, indem sie die Diffusion von Methanol in ihrer porösen Metallhülle hemmen. Insbesondere das bemerkenswert kostengünstige chemische Mittel (NaCl), das zur Förderung der Bildung von CBS-Partikeln mit einem breiten Spektrum an Metallhüllen verwendet wird, könnte die Vorteile der Herstellung hochselektiver Elektrokatalysatoren in großem Maßstab für die Kathodenreaktion von DMFCs unterstreichen.

Platin(II)-acetylacetonat (Pt(acac)2, 97 %), Kaliumtetrachloroplatinat(II) (K2PtCl4, 98 %), Ruthenium(III)-chlorid (RuCl3, Ru-Gehalt 45 %–55 %), Osmium(III)-chlorid (OsCl3, 99,9 %) und Iridium(III)-acetylacetonat (Ir(acac)3, 97 %) von Sigma-Aldrich, Oleylamin (95,4 %, primäres Amin) von J&K Scientific, Silbernitrat (AgNO3, 99 %), wässriges HClO4 Lösung (70 %, ACS-Reagenz) und Nafion 117-Lösung (5 % in einer Mischung aus niederen aliphatischen Alkoholen und Wasser) von Aladdin Reagents, Natriumchlorid (NaCl, analytische Qualität) von Xilong Chemical Co., Ltd., Essigsäure (C2H4O2 , Analysequalität), Methanol (99 %) und Toluol (99,5 %) von Beijing Chemical Works und Vulcan XC-72-Kohlenstoffpulver (XC-72C) mit einer BET-Oberfläche von 250 m2 g−1 und einer durchschnittlichen Partikelgröße von ca. 40 nm von Cabot Corporation, wurden wie erhalten verwendet. Alle Glaswaren und teflonbeschichteten Magnetrührstäbe wurden mit Königswasser gereinigt und anschließend gründlich mit entionisiertem Wasser gewaschen, bevor sie in einem Ofen getrocknet wurden.

Bei einer typischen Synthese von Pt-Keimpartikeln wurden 60 mg Pt(acac)2 und 10 mg AgNO3 zu 20 ml Oleylamin gegeben. Die geringe Menge an AgNO3 wurde verwendet, um die Bildung von Pt-Nanopartikeln mit regelmäßiger Kugelform zu erleichtern. Die Mischung wurde dann erhitzt und 2 Stunden lang unter Rühren und fließendem N2 bei 185 °C gehalten. Nach der Reaktion wurden die Pt-Keimpartikel durch Fällung mit Methanol gereinigt, gefolgt von Zentrifugation und Waschen mit Methanol und dann in 20 ml Toluol erneut dispergiert. Der Einfluss der zusätzlichen AgNO3-Menge, der Temperatur und verschiedener Pt-Vorläufer auf die durchschnittliche Größe und Morphologie der Pt-Keimpartikel wurde ebenfalls untersucht.

Durch sukzessive Reduktion, auch als keimvermittelte Wachstumsmethode bekannt, wurden Pt-Ag-Nanopartikel mit einer Kern-Schale-Struktur erhalten. Kurz gesagt, 60 mg Pt(acac)2 und 10 mg AgNO3 wurden zu 20 ml Oleylamin gegeben. Die Mischung wurde unter fließendem N2 und Rühren auf 185 °C erhitzt und 2 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten, um die Pt-Keime herzustellen. Dann wurde die Temperatur der Reaktionsmischung auf 100 °C gesenkt, bei der 90 mg AgNO3 schnell zugegeben wurden und die Reaktionsmischung weitere 3 Stunden lang unter fließendem N2 bei 100 °C gehalten wurde, um das Wachstum von Ag auf vorhandenen Pt-Keimen zu ermöglichen.

Anschließend wurden für die Synthese von Kern-Schale-Schale-Pt-Ag-M-Nanopartikeln (M = Ru, Os oder Ir) 70 mg RuCl3, 53 mg OsCl3 oder 88 mg Ir(acac)3 schnell zugegeben , gefolgt vom Erhitzen und Halten der Reaktionsmischung bei 230 °C für 1,5 Stunden unter fließendem N2 zur Reduktion der Edelmetallvorläufer in Gegenwart zuvor gebildeter Pt-Ag-Nanopartikel. Nach der Reaktion wurden diese Kern-Hülle-Hülle-Pt-Ag-M-Nanopartikel durch Fällung mit Methanol, Zentrifugation, Waschen mit Methanol und erneutes Dispergieren in 20 ml Toluol gereinigt.

Um die innere Ag-Hülle von den Kern-Hülle-Hülle-Pt-Ag-M-Nanopartikeln zur Bildung von CBS-Pt-M-Nanopartikeln zu entfernen, wurde die Kern-Hülle-Hülle-Pt-Ag-M-Nanopartikellösung mit einer gesättigten wässrigen NaCl-Lösung gemischt und die Mischung wurde 12 Stunden lang unter kräftigem Rühren bei Raumtemperatur gealtert. Anschließend wurde die obere Toluolphase, die CBS-Pt-M-Nanopartikel enthielt, nach vollständiger Trennung der beiden Phasen gesammelt.

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und hochauflösendes TEM (HRTEM) wurden mit dem JEOL JEM-2100F Elektronenmikroskop bei 200 kV durchgeführt. Für die TEM-Messungen wurde ein Tropfen der Nanopartikellösung auf ein 3 mm dickes kohlenstoffbeschichtetes Kupfergitter gegeben. Überschüssige Lösung wurde mit einem saugfähigen Papier entfernt und die Probe im Vakuum bei Raumtemperatur getrocknet. Ein an das TEM angeschlossenes energiedispersives Röntgenspektroskopie-Analysegerät (EDX) wurde verwendet, um die chemischen Zusammensetzungen der synthetisierten Nanopartikel zu analysieren. UV-sichtbare Spektren der Kern-Hülle- und CBS-Partikellösungen wurden mit einem Hitachi U-3900-Spektrophotometer gesammelt. Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wurde auf einem VG ESCALAB MKII-Spektrometer durchgeführt. Die Probenvorbereitung für die XPS-Analyse begann mit der Konzentration von 5 ml der Toluollösung der Metallnanopartikel auf 0,5 ml unter Verwendung von fließendem N2. Anschließend wurden 10 ml Methanol zugegeben, um die Metallnanopartikel auszufällen. Anschließend wurden die Nanopartikel durch Zentrifugation gewonnen und mehrmals mit Methanol gewaschen, um unspezifisch gebundenes Oleylamin zu entfernen. Anschließend wurden die Nanopartikel bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet.

Elektrochemische Messungen wurden in einer Standardzelle mit drei Elektroden durchgeführt, die an einen Bio-logic VMP3-Potentiostat (mit EC-lab-Softwareversion 9.56) angeschlossen war. Als Referenzelektrode wurde eine leckagefreie Ag/AgCl-Elektrode (gesättigt mit KCl) verwendet. Die Gegenelektrode war ein Platinnetz (1 × 1 cm2), das an einem Platindraht befestigt war.

Für die Beladung der Pt-Keimpartikel und CBS-Pt-M-Nanopartikel auf dem Vulcan XC-72-Kohlenstoffträger wurde eine berechnete Menge Kohlenstoffpulver zur Toluollösung von Pt-Keimen oder CBS-Pt-M-Nanopartikeln hinzugefügt. Nach 24-stündigem Rühren der Mischung wurden die Pt/C- oder CBS-Pt-M/C-Katalysatoren (20 Gew.-% Pt auf Kohlenstoffträger) durch Zentrifugation gesammelt, dreimal mit Methanol gewaschen und dann bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet.

Die Arbeitselektrode war eine dünne Schicht eines mit Nafion imprägnierten Katalysators, der auf eine Glaskohlenstoffscheibe gegossen wurde. Diese Elektrode wurde durch Ultraschalldispergierung von 10 mg der Pt/C- oder CBS-Pt-M/C-Katalysatoren in 10 ml Wasser, das 4 ml Ethanol und 0,1 ml Nafion-Lösung enthielt, hergestellt. Ein berechnetes Volumen der Tinte wurde auf die 5-mm-Glaskohlenstoff-Scheibenelektrode verteilt, um eine nominale Katalysatorbeladung von 20 μg cm-2 (Pt-Basis) zu erzeugen. Anschließend wurde die Kohlenstoffelektrode 1 Stunde lang in einem warmen Luftstrom bei 70 °C getrocknet.

Die zyklischen Voltammogramme von Pt/C und CBS Pt-M/C bei Raumtemperatur in mit Argon gespültem HClO4 (0,1 M) wurden zwischen −0,2 V und 0,8 V bei 50 mV s−1 aufgezeichnet und zur Bestimmung der elektrochemisch aktiven Oberflächen verwendet ( ECSAs) von Pt. Die Leistung von Pt-Keimen und CBS-Pt-Ru-Nanopartikeln in MOR bei Raumtemperatur wurde durch zyklische Voltammetrie gemessen. Für diese Messungen wurde das Potentialfenster von 0,2 V bis 1 V bei 20 mV·s−1 abgetastet, bis eine stabile Reaktion erhalten wurde. Der Elektrolyt war Methanol (1 M) in Perchlorsäure (0,1 M).

Die Leistung von Pt-Keimen und CBS-Pt-M-Nanopartikeln in der ORR bei Raumtemperatur wurde auch in 0,1 M HClO4-Elektrolytlösung unter Verwendung einer rotierenden Glaskohlenstoff-Scheibenelektrode (RDE) bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 1600 U/min bewertet. Zum Testen der Methanoltoleranz der CBS Pt-M-Nanopartikel wurde eine Lösung von 1 M Methanol in 0,1 M HClO4 verwendet. Negative lineare Sweep-Voltammogramme wurden von 0,8 V bis 0,2 V bei 20 mV·s−1 bei Raumtemperatur in Gegenwart von sprudelndem ultrareinem Sauerstoff aufgezeichnet, um eine gesättigte Sauerstoffatmosphäre in der Nähe der Arbeitselektrode aufrechtzuerhalten.

Zitierweise für diesen Artikel: Feng, Y. et al. Verbesserung der Methanoltoleranz von Platin-Nanopartikeln für die Kathodenreaktion von Direktmethanol-Brennstoffzellen durch ein geometrisches Design. Wissenschaft. Rep. 5, 16219; doi: 10.1038/srep16219 (2015).

Paola, C. & Supramaniam, S. Quantensprünge in der PEMFC-Wissenschaft und -Technologie von den 1960er Jahren bis zum Jahr 2000: Teil I. Grundlegende wissenschaftliche Aspekte. J. Power Sources 102, 242–252 (2001).

Artikel Google Scholar

Antolini, E. Bildung von kohlenstoffgestützten PtM-Legierungen für Niedertemperatur-Brennstoffzellen: eine Übersicht. Mater. Chem. Physik. 78, 563–573 (2003).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, H. et al. Ein Überblick über die Anodenkatalyse in der Direktmethanol-Brennstoffzelle. J. Power Sources 155, 95–110 (2006).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Arico, AS, Srinivasan, S. & Antonucci, V. DMFCs: Von grundlegenden Aspekten zur Technologieentwicklung. Fuel Cells 1, 1–29 (2001).

3.0.CO;2-5" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1615-6854%28200107%291%3A2%3C133%3A%3AAID-FUCE133%3E3.0.CO%3B2-5" aria-label="Article reference 4" data-doi="10.1002/1615-6854(200107)1:23.0.CO;2-5">Artikel Google Scholar

Liu, F., Lu, G. & Wang, C.-Y. Geringer Übergang von Methanol und Wasser durch dünne Membranen in Direktmethanol-Brennstoffzellen. J. Elektrochem. Soc. 153, A543–A553 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Du, CY, Zhao, TS & Yang, WW Einfluss des Methanol-Crossovers auf das Kathodenverhalten einer DMFC: Eine Halbzellenuntersuchung. Elektrochim. Acta 52, 5266–5271 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Antolini, E., Lopes, T. & Gonzalez, ER Ein Überblick über platinbasierte Katalysatoren als methanolresistente Sauerstoffreduktionsmaterialien für Direktmethanol-Brennstoffzellen. J. Alloys Compd. 461, 253–262 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Perry, ML & Fuller, TF Eine historische Perspektive der Brennstoffzellentechnologie im 20. Jahrhundert. J. Elektrochem. Soc. 149, S59–S67 (2002).

Artikel CAS Google Scholar

Jia, N. et al. Modifikation von Nafion-Protonenaustauschmembranen zur Reduzierung des Methanol-Crossovers in PEM-Brennstoffzellen. Elektrochem. Solid-State-Lett. 3, 529–531 (2000).

Artikel CAS Google Scholar

Gurau, B. & Smotkin, ES Methanol-Crossover in Direktmethanol-Brennstoffzellen: ein Zusammenhang zwischen Leistung und Energiedichte. J. Power Sources 112, 339–352 (2002).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Kim, Y.-M. et al. Eine mit Pd imprägnierte Nanokomposit-Nafion-Membran zur Verwendung in hochkonzentriertem Methanolkraftstoff in DMFC. Elektrochem. Komm. 5, 571–574 (2003).

Artikel CAS Google Scholar

Sahu, AK, Pitchumani, S., Sridhar, P. & Shukla, AK Nafion- und modifizierte Nafion-Membranen für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen: Ein Überblick. Stier. Mater. Wissenschaft. 32, 285–294 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, H., Huang, H. & Shen, PK Methanolblockierende Nafion-Verbundmembranen, hergestellt durch schichtweise Selbstorganisation für Direktmethanol-Brennstoffzellen. Int. J. Hydrogen Energy 37, 6875–6879 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, Y. et al. Eine modifizierte Nafion-Membran mit extrem geringer Methanolpermeabilität durch Oberflächenbeschichtung aus sulfonierter organischer Kieselsäure. Chem. Komm. 48, 2870–2872 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Beauger, C. et al. A. Nafion®-Sepiolith-Verbundmembranen für eine verbesserte Leistung von Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen. J. Mitglied Wissenschaft. 130, 167–179 (2013).

Artikel Google Scholar

Yuasa, M. et al. Modifizierung von Kohlenstoffpartikeln mit Polypyrrol zur Adsorption von Kobaltionen als elektrokatalytische Stelle für die Sauerstoffreduktion. Chem. Mater. 17, 4278–4281 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Pylypenko, S., Mukherjee, S., Olson, TS & Atanassov, P. Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffreduktion ohne Platin basierend auf pyrolysierten Übergangsmetallmakrozyklen. Elektrochim. Acta 53, 7875–7883 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Lefèvre, M., Proietti, E., Jaouen, F. & Dodelet, J.-P. Eisenbasierte Katalysatoren mit verbesserter Sauerstoffreduktionsaktivität in Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen. Science 324, 71–74 (2009).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Jaouen, F. et al. Jüngste Fortschritte in der Nichtedelmetallkatalyse für die Sauerstoffreduktionsreaktion in Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen. Energieumwelt. Wissenschaft. 4, 114–130 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Reeve, RW et al. Methanoltolerante Sauerstoffreduktionskatalysatoren auf Basis von Übergangsmetallsulfiden. J. Elektrochem. Soc. 145, 3463–3471 (1998).

Artikel CAS Google Scholar

Schmidt, TJ et al. Sauerstoffreduktion an Ru1.92Mo0.08SeO4, Ru/Kohlenstoff und Pt/Kohlenstoff in reinen und methanolhaltigen Elektrolyten. J. Elektrochem. Soc. 147, 2620–2624 (2000).

Artikel CAS Google Scholar

Vayner, E., Sidik, RA & Anderson, AB Experimentelle und theoretische Untersuchung von Kobaltselenid als Katalysator für die O2-Elektroreduktion. J. Phys. Chem. C 111, 10508–10513 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Toda, T., Igarashi, H., Uchida, H. & Watanabe, M. Verbesserung der Elektroreduktion von Sauerstoff auf Pt-Legierungen mit Fe, Ni und Co. J. Electrochem. Soc. 146, 3750–3756 (1999).

Artikel CAS Google Scholar

Fernández, JL, Raghuveer, V., Manthiram, A. & Bard, AJ Pd-Ti- und Pd-Co-Au-Elektrokatalysatoren als Ersatz für Platin zur Sauerstoffreduktion in Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen. Marmelade. Chem. Soc. 127, 13100–13101 (2005).

Artikel PubMed Google Scholar

Yang, J. et al. Kohlenstoffgestützte Pseudo-Core-Shell-Pd-Pt-Nanopartikel für ORR mit und ohne Methanol. J. Elektrochem. Soc. 155, B776–B781 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Yang, J. et al. Methanoltoleranter heterogener PdCo@PdPt/C-Elektrokatalysator für die Sauerstoffreduktionsreaktion. Fuel Cells 10, 907–913 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, H. et al. Hohle und käfigglockenstrukturierte Nanomaterialien aus Edelmetallen. Marmelade. Chem. Soc. 134, 11602–11610 (2012).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Feng, Y. et al. Selektive Elektrokatalysatoren für einen Prototyp der membranlosen Direktmethanol-Brennstoffzelle. Wissenschaft. Rep. 4, 3813 (2014).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu, J. et al. Dotter-/Schale-Nanopartikel: neue Plattformen für Nanoreaktoren, Arzneimittelabgabe und Lithium-Ionen-Batterien. Chem. Komm. 47, 12578–12591 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Tang, J. et al. Maßgeschneidertes Design funktionaler nanoporöser Kohlenstoffmaterialien für Brennstoffzellenanwendungen. Nano Today 9, 305–323 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Lee, H., Habas, SE, Somorjai, GA & Yang, P. Lokalisiertes Pd-Überwachstum auf kubischen Pt-Nanokristallen für eine verbesserte elektrokatalytische Oxidation von Ameisensäure. Marmelade. Chem. Soc. 130, 5406–5407 (2008).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wang, C. et al. Ein allgemeiner Ansatz zur größen- und formkontrollierten Synthese von Platin-Nanopartikeln und deren katalytische Reduktion von Sauerstoff. Angew. Chem. Int. Hrsg. 47, 3588–3591 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Chen, J., Lim, B., Lee, EP & Xia, Y. Formgesteuerte Synthese von Platin-Nanokristallen für katalytische und elektrokatalytische Anwendungen. Nano Today 4, 81–95 (2009).

Artikel Google Scholar

Peng, Z. & Yang, H. Designer-Platin-Nanopartikel: Kontrolle von Form, Zusammensetzung in der Legierung, Nanostruktur und elektrokatalytischen Eigenschaften. Nano Today 4, 143–164 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, L., Nemoto, Y. & Yamauchi, Y. Direkte Synthese räumlich kontrollierter bimetallischer Pt-auf-Pd-Nanodendriten mit überlegener elektrokatalytischer Aktivität. Marmelade. Chem. Soc. 133, 9674–9677 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Brodersen, SH, Grønbjerg, U., Hvolbæk, B. & Schiøtz, J. Verständnis der katalytischen Aktivität von Goldnanopartikeln durch Multiskalensimulationen. J. Catal. 284, 34–41 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Yang, J. & Ying, JY Diffusion von Gold vom inneren Kern zur Oberfläche von Ag2S-Nanokristallen. Marmelade. Chem. Soc. 132, 2114–2115 (2009).

Artikel Google Scholar

Liu, H. et al. Stellierte bimetallische Ag-Pt-Nanopartikel: Eine effektive Plattform zur Abstimmung der katalytischen Aktivität. Wissenschaft. Rep. 4, 3969 (2014).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu, Z. et al. Synthese und Charakterisierung von PtRu/C-Katalysatoren aus Mikroemulsionen und Emulsionen. J. Mater. Chem. 12, 2453–2458 (2002).

Artikel CAS Google Scholar

Yang, J., Lee, JY & Too, H.-P. Ein allgemeines Phasentransferprotokoll zur Synthese von Alkylamin-stabilisierten Nanopartikeln aus Edelmetallen. Anal. Chim. Acta 588, 34–41 (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

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Staatliches Schlüssellabor für mehrphasige komplexe Systeme, Institut für Verfahrenstechnik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking, 100190, China

Yan Feng, Feng Ye, Hui Liu und Jun Yang

Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, No. 19A Yuquan Road, Peking, 100190, China

Yan Feng

Zentrum für Mesowissenschaften, Institut für Verfahrenstechnik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking, 100190, China

Hui Liu und Jun Yang

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YF, FY und HL führten die Materialsynthese, Charakterisierung und elektrochemischen Messungen durch. JY betreute das Projekt und verfasste den Haupttext des Manuskripts. Alle Autoren beteiligten sich an der Begutachtung des Manuskripts.

Die Autoren geben an, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen.

Dieses Werk ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe nichts anderes angegeben ist; Wenn das Material nicht unter der Creative-Commons-Lizenz enthalten ist, müssen Benutzer die Erlaubnis des Lizenzinhabers einholen, um das Material zu reproduzieren. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Nachdrucke und Genehmigungen

Feng, Y., Ye, F., Liu, H. et al. Verbesserung der Methanoltoleranz von Platin-Nanopartikeln für die Kathodenreaktion von Direktmethanol-Brennstoffzellen durch ein geometrisches Design. Sci Rep 5, 16219 (2015). https://doi.org/10.1038/srep16219

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Eingegangen: 12. August 2015

Angenommen: 12. Oktober 2015

Veröffentlicht: 18. November 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep16219

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