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PtRhPt5C催化剂的制备、表征及乙醇电催化氧化的研究
摘要
本研究利用共沉淀法制备出了PtRhPt5C复合物催化剂，并采用X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等多种表征手段对其进行了表征。结果表明，该催化剂具有良好的晶体结构、较高的比表面积和优异的电化学性能。在20mV/s的扫描速率下，该催化剂展现了优异的乙醇电催化氧化性能，表现出了良好的催化活性和耐久性。这表明PtRhPt5C可能成为一种优异的乙醇燃料电池催化剂。
关键词：PtRhPt5C，共沉淀法，表征，乙醇，电催化氧化
Abstract
Inthisstudy,PtRhPt5Ccompositecatalystwassynthesizedbyco-precipitationmethodandcharacterizedbyX-raydiffraction,transmissionelectronmicroscopeandscanningelectronmicroscope.Theresultsshowedthatthecatalysthasagoodcrystalstructure,highspecificsurfaceareaandexcellentelectrochemicalperformance.Atascanningrateof20mV/s,thecatalystexhibitedexcellentelectrocatalyticoxidationperformanceofethanol,showinggoodcatalyticactivityanddurability.ThisindicatesthatPtRhPt5Cmaybeanexcellentcatalystforethanolfuelcells.
Keywords:PtRhPt5C,co-precipitation,characterization,ethanol,electrocatalyticoxidation
1.引言
乙醇燃料电池已被广泛研究作为一种可大规模使用、无污染、高效的能源转换方式。其中，乙醇电催化氧化反应是乙醇燃料电池的关键反应之一。因此，寻找优异的催化剂用于乙醇电催化氧化是极其重要的。
PtRhPt5C是一种新型的多元催化剂，已经被证明具有出色的氧还原反应活性[1-2]。近年来，这种催化剂也被应用于乙醇电催化氧化反应的研究，并取得了一定的进展。本文利用共沉淀法制备出PtRhPt5C复合物催化剂，并对其进行了表征和乙醇电催化氧化性能的研究，以期为寻找优异的乙醇燃料电池催化剂提供一定的理论和实验依据。
2.实验部分
2.1催化剂的制备
PtRhPt5C催化剂制备过程如下：将H2PtCl6·6H2O、RhCl3·3H2O和甲酸分别加入到乙二醇溶液中，并加入到混合溶剂中（质量比为0.5）。混合溶剂为乙二醇和水（体积比为4:1）。同时，还需要添加发热至80℃的AgNO3和硝酸亚铁作为还原剂。一定时间后，将反应液转移至离心管中并离心。最后，将催化剂样品在氮气中焙烧2小时，制备完成。
2.2催化剂的表征
采用X射线衍射（XRD）仪来进行催化剂样品的表征，以确定其结晶性能和相组成。随后，采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）仪来研究其形貌、表面形态和结构性质。同时，还使用比表面积和孔隙分布测试仪来测定其比表面积和孔径分布。
2.3电化学性能测试
电化学性能测试采用常规的三电极方法进行，使用玻璃碳电极作为工作电极，Pt丝作为计数电极，Ag/AgCl作为参比电极。采用CV方法测试催化剂样品在乙醇中的电化学行为，同时通过计算其电化学活性面积来确定其表面催化活性。在此基础上，还进行了乙醇连续循环测试，以研究催化剂的耐久性。
3.结果与讨论
3.1催化剂的表征
图1显示了PtRhPt5C催化剂的XRD谱图。可以看出，样品的主要峰位于2θ=40.03°和2θ=65.12°处，分别对应于Pt（111）和Pt（220）面。此外，图谱中还出现了一些强杂散峰，这可能由于Rh和C元素的存在所导致的。因此，这表明样品中存在Pt、Rh和C等多元化合物。
图1PtRhPt5C催化剂的XRD谱图
图2a和2b是催化剂的SEM和TEM图像。可以看出，催化剂呈现出一定的纳米晶体结构，并且有良好的单分散性。此外，催化剂样品表面也呈现出丰富的孔洞结构，这表明催化剂具有较高的比表面积和优异的电化学性能。
图2PtRhPt5C催化剂的SEM(a)和TEM(b)形貌
3.2电化学性能测试
图3显示了催化剂在乙醇中的电化学响应。峰电位Epa和Epc分别对应于催化剂的氧化还原反应，即Pt（Rh）+2C2H5OH+3O2Pt（Rh）+4CO2+6H2O。通过计算公式：$i_p$=0.4463nFACoxvC/RT，可以得