鈀 (Pd) 基材料已廣泛用作甲醇氧化反應(yīng) (MOR) 的催化劑。不幸的是，催化劑活性受到結(jié)構(gòu)、一氧化碳中間體 (CO
ads) 耐受性和穩(wěn)定性的限制,目前很難用于大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)。因此，為了進(jìn)一步提高它們的電催化活性，使用一種簡(jiǎn)便的氧化方法，實(shí)現(xiàn)了在摻氮石墨烯 (NGS) 上鈀-銥 (PdIr) 合金的原位氧化，我們稱之為 Pd-Ir-O/NGS。新催化劑表現(xiàn)出顯著的MOR活性（1374.8 mA mg
-1）、CO
ads 耐受性（起始氧化電位達(dá)到0.725 V）和穩(wěn)定性（循環(huán)伏安法循環(huán)500次后的電流密度保持率為44.9%）。作為 MOR 的催化劑，Pd-Ir-O/NGS 與商業(yè) Pd/C 和其他對(duì)應(yīng)物相比具有更出色的電催化性能。機(jī)理研究表明，優(yōu)異的催化性能歸因于（1）由于引入了 Ir 和 O，PdIr-O 的協(xié)同電子效應(yīng)；（2）在PdIr合金中插入O，使有毒的甲氧基中間體氧化加速； (3) 具有豐富氮原子的 NGS 獨(dú)特的三維 (3D) 結(jié)構(gòu)起到了重要作用。我們的研究結(jié)果預(yù)示著一種用于 MOR 的鈀基材料改性的新范式，并為用于各種應(yīng)用的新型 3D 碳基材料提供了一種可供替代的設(shè)計(jì)原則。
圖 1. Pd-Ir-O/NGS 合成步驟示意圖
圖2. (a) Pd/NGS、Pd-Ir/NGS 和 Pd-Ir-O/NGS 的XRD圖譜；Pd/NGS、Pd-Ir/NGS 和 Pd-Ir-O/NGS (b) Pd 3d、(c) Ir 4f 和 (d) N 1 s的高分辨率XPS光譜
圖3.（a，d）Pd/NGS、（b，e）Pd-Ir/NGS和（c，f）Pd-Ir-O/NGS的SEM圖像。
圖4. (a) Pd/NGS、(b) Pd-Ir /NGS和(c) Pd-Ir-O/NGS的TEM圖像；插圖:HRTEM圖像和相應(yīng)的尺寸分布；(d) Pd-Ir-O/NGS的STEM-HAADF圖像和(e-i)對(duì)應(yīng)的EDS映射圖像。
圖5.(a) Pd/NGS、(b) Pd-Ir/NGS和(c) Pd-Ir-O/NGS的N
2吸附-解吸等溫線；(d)催化劑的孔徑分布。
圖6. Pd-Ir-O/NGS、Pd-Ir/NGS、Pd/NGS和Pd/C催化劑在 (a)N
2飽和的1.0 M KOH溶液和(C) N
2飽和的1.0 M KOH溶液和1.0 M甲醇溶液中的CVs，掃描速率為50 mV s
-1；(b)具體的ECSA值和(d)各種催化劑在堿性介質(zhì)中的質(zhì)量和比活性
圖7. (a)催化劑在N
2飽和的1.0 M KOH溶液和1.0 M甲醇溶液中的LSV曲線圖，掃描速率為1.0 mV s
-1，插圖是由LSV曲線導(dǎo)出的Tafel圖；(b)催化劑的Nyquist圖；(c)掃描速率為50 mV s
-1時(shí)催化劑上記錄的CO溶出圖
圖8. (a)催化劑在循環(huán)過(guò)程中保留的j
f；(b)不同催化劑循環(huán)500次后的j
f滯留率；(c) 在-0.80 V (vs. RHE)時(shí)N
2飽和的1.0 M KOH溶液和1.0 M甲醇溶液中的CA曲線；(d) j
f基于CA在7200秒后測(cè)試
圖9. 甲醇在Pd-Ir-O/NGS上電氧化反應(yīng)機(jī)理示意圖。
相關(guān)研究成果于2021年由蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院Junhao Shu等人，發(fā)表在Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.07.056)上。原文：In-situ oxidation of Palladium–Iridium nanoalloy anchored on Nitrogen-doped graphene as an efficient catalyst for methanol electrooxidation。
轉(zhuǎn)自《石墨烯公眾號(hào)》
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