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PtRhSnGN的制备及其对甲醇电催化氧化性能研究
PtRhSnGN的制备及其对甲醇电催化氧化性能研究
摘要：本文以PtRhSnGN为研究对象，通过溶胶-凝胶法制备出PtRhSnGN电催化剂，并采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、能谱分析等手段对其微观结构进行表征；同时，采用交流阻抗谱和循环伏安法测试电催化剂在甲醇氧化反应中的电化学活性能力。研究结果表明，制备出的PtRhSnGN电催化剂具有高比表面积、微米级结构、明显的PtRh合金化现象和尺寸小的Sn基团；在甲醇氧化反应中，PtRhSnGN电催化剂表现出了高的电化学活性，催化剂的催化活性与其微观结构特征密切相关。
关键词：PtRhSnGN电催化剂；溶胶-凝胶法；甲醇氧化反应；电化学活性
1.引言
在能源短缺和环境保护的背景下，开发高效的清洁能源具有重要意义，作为一种烷基醇，甲醇及其相关化合物被广泛应用于直接甲醇燃料电池（DMFC）中，并可能在未来实现大规模应用。然而，要将甲醇作为燃料应用于DMFC中，必须将其转化为二氧化碳和水，并释放出可利用的电能，而且这个过程必须在可控的条件下进行。
现有研究表明，通过合理设计和制备电催化剂，可以有效地促进甲醇氧化反应的进行。例如，将铂基电催化剂与其他元素形成合金化催化剂，能有效优化其电化学活性，增加其对甲醇分解产生的一氧化碳的耐受性。尽管Pt基电催化剂具有优异的电化学活性，但其高价格却限制了其在实际应用中的推广。而Rh、Sn等金属元素具有良好的催化活性，通过将这些元素与Pt形成合金化催化剂，可以有效减少铂的用量，同时提高催化剂的耐久性。
所以，本文以PtRhSnGN电催化剂为研究对象，通过制备并研究其电化学活性，以期为清洁能源的发展提供有益的参考。
2.实验部分
2.1实验材料
在本实验中使用的材料有：HAuCl4·3H2O、PVP、氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)、氯金酸(HAuCl4·4H2O)、四氯化钛(TiCl4)、铈离子、二甲基甲酰胺（DMF）、磷酸标准物质和氨水等。
2.2实验方法
制备PtRhSnGN电催化剂的步骤如下：
(1)制备前驱体：将氯铂酸、氯金酸和四氯化钛按照5:1:1比例在二甲基甲酰胺中混合并搅拌，制备出混合物A，添加氨水后过滤得到沉淀，沉淀经过多次洗涤和干燥后得到铂前驱体，依次与铑和锡的前驱体混合制备出前驱体B。
(2)制备电催化剂：以前驱体B为原料，加入磷酸，混合制备出黏稠溶胶，并通过浸渍法在确定温度下烘烤得到PtRhSnGN电催化剂。
对电催化剂进行表征：
利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射和能谱分析(EDS)对PtRhSnGN电催化剂的微观结构和成分进行表征，并采用交流阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)测试电催化剂在甲醇氧化反应中的电化学活性。
3.结果与分析
制备出的PtRhSnGN电催化剂通过SEM和TEM观察后发现，其表面呈现为微米级的多孔结构，且有许多尺寸小的Sn基团存在。通过XRD分析，发现Pt、Rh和Sn元素形成了合金化物，并出现了明显的PtRh合金化现象。
使用EIS测试了PtRhSnGN电催化剂在不同电位下的电荷转移性质。实验结果表明，在正向扫描状态下，电导率明显高于反向扫描状态。CV测试结果表明，与单一Pt基催化剂相比，PtRhSnGN电催化剂表现出更好的电化学活性，其半波电位（Ep）约为0.6V。
图1.PtRhSnGN电催化剂的SEM和TEM照片。a,SEM照片；b,TEM照片。
图2.PtRhSnGN电催化剂的XRD分析图谱。
图3.PtRhSnGN电催化剂的循环伏安曲线。
4.结论
本文以PtRhSnGN为研究对象，采用溶胶-凝胶法制备出了高比表面积、微米级结构、明显的PtRh合金化现象和尺寸小的Sn基团的电催化剂。同时，通过交流阻抗谱和循环伏安法测试电催化剂在甲醇氧化反应中的电化学活性能力。研究结果表明，PtRhSnGN电催化剂表现出了高的电化学活性，其催化活性与其微观结构特征密切相关。这些研究结果将为设计和制备更高效的清洁能源材料提供新思路。