Pt/TiO2-CNx催化剂中纳米TiO2(A)/(R)相含量的电催化“火山形”效应

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由于燃料电池催化剂的电催化活性与Pt颗粒尺寸、催化剂载体、辅助催化剂的关系仍不清楚。为此,本文采用FESEM、XRD、BET、TEM和CV等方法,以存在Pt纳米颗粒、CNx纳米线、TiO2辅助催化剂的多成分复杂结构Pt/TiO2-CNx体系为研究对象,进行了TiO2锐钛矿(A)/金红石(R)相含量对Pt电催化剂电化学活性面积的研究。结果表明,TiO2在700℃~900℃热处理过程中发生锐钛矿-金红石相变,同时伴随着两相晶粒尺寸的长大,锐钛矿相在900℃时完全转化为金红石相。TEM结果表明超细小Pt纳米颗粒成功负载在TiO2-CNx载体表面,粒径尺寸范围为1.8~2.8 nm。TiO2(A)/(R)相含量对TiO2-CNx载体的BET比表面积和Pt/TiO2-CNx催化剂真实“有效的”电化学活性面积(ECSA)都存在“火山形”效应。当金红石相含量为25%时,TiO2(25%R)-CNx载体和Pt/TiO2(25%R)-CNx催化剂具有最大的比表面积和最多的电化学活性位点。原因推测可能是随着金红石相含量的增加,当金红石含量为25%时Pt纳米颗粒和TiO2(25%R)-CNx载体之间存在强烈的金属-载体相互作用,可以锚定超细小Pt纳米颗粒,导致Pt/TiO2(25%R)-CNx催化剂具有最高的ECSA。因此,Pt/TiO2(25%R)-CNx较适宜做燃料电池的催化剂。
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