《掺杂稀土的铂镍双金属催化剂增强甲醇电催化氧化反应》

  • 来源专题:关键矿产与绿色冶金
  • 编译者: 欧冬智
  • 发布时间:2025-07-21
  • 铂(Pt)通常用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的阳极催化剂。然而,铂金由于其稳定性低、成本高等原因,难以实现大规模应用。本工作通过在催化剂中加入Ce和Ni,显著提高了Pt基甲醇氧化(MOR)催化剂的电催化活性和稳定性 。此外,还选择将稀土元素-Pr(Dy)添加到催化剂中进行比较。以炭黑为载体,通过浸渍和电偶置换反应方法制备了一系列PtMNi(M = Ce,Pr,Dy)催化剂。PtCeNi/C、PtDyNi/C、PtPrNi/C和Pt/C的电催化质量活性分别为3.92、1.86、1.69和0.8 A mg铂?1分别。上述四种催化剂在稳定性测定后的质量活性分别为3.14、1.49、1.27和0.72 A mg铂?1.其中,PtCeNi/C具有最高的催化活性。这些催化剂还具有各种分析技术的特点,如TEM,HRTEM,XRD,XPS,ICP-OES,STEM和STEM-EDS元素映射和线扫描等。结果表明,PtCeNi/C表现出最佳的催化活性(3.92 A mg铂?1),比市售Pt/C(4.9 A mg铂?1).PtCeNi/C还具有优异的抗CO中毒能力。PtCeNi/C对MOR的优异催化性能主要归功于PtCeNi纳米颗粒尺寸均匀,Ni、Ce和Pt元素分布均匀,以及Pt-、Ni-和Ce相关物种之间的电子相互作用(电子从Pt转移到CeO)2).
  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319923016208
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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-07-30
    • 光照一照,气态甲烷变液态燃料,这可能吗?近日,上海科技大学对外发布,该物质科学与技术学院左智伟科研团队开发了一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂的协同催化体系,使得甲烷可以在光的照射下转化成高附加值的化工产品。该技术有望代替传统高温高压的贵金属催化体系,为甲烷开发利用提供崭新和更加经济、环保的解决方案。《科学》杂志当天凌晨在线发表这一成果。 甲烷作为天然气的主要成分,是有机化学中最简单的化合物,但也是最难被活化的分子。甲烷直接活化的探索,是有机化学研究领域公认的“圣杯”。左智伟教授介绍说,目前国际上常用的高效催化剂一般需要使用稀有且昂贵的贵金属(铂、钯等),同时往往需要高温高压的反应条件,考虑到规模性和经济性,这种方法很难实际应用到工业中。 光促氧化还原催化是一项新兴的催化技术,但用光能在室温下活化甲烷,此前尚未有人尝试。凭着直觉和勇气,左智伟团队大胆尝试了这一催化技术,并选取了铈这一在有机光化学中很少使用的材料作为催化剂。“铈在我国的稀土资源中占比近50%,如果成功了,一定可以大大降低催化剂的价格。”左智伟激动地说。值得一提的是,该课题的四位作者全部来自上科大物质学院,平均年龄不到30岁,是国内科学界的生力军。 “从一开始我们就认识到了这种方式的风险性,因此没有贸然对甲烷展开研究。”为了验证方案可行性,左智伟团队采取分步策略,先后在伯醇、丙烷等物质上进行验证。2202次尝试和优化,足足花了团队两年时间,直到今年5月,才终于确认了最优的催化剂组合。实验显示,在极其普通的三氯乙醇的协同作用下,廉价稀土金属铈能发挥出与稀有的贵金属相媲美的甲烷催化效果。团队成功地使用商品化LED光源作为反应能量来源,在室温条件下,顺利实现了高选择性的甲烷到高附加值产物的转化。据介绍,该种催化剂非常易得,且市售价格不到铂类催化剂价格的万分之一,为规模性应用奠定了优势。去年底,上科大和相关药业公司签订了一个关于铈催化氧化反应的合作转让协议,目前已经具备百公斤级别的生产条件。
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    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-03-23
    • 俄罗斯人民友谊大学、泰国朱拉隆功大学和西班牙科尔多瓦大学的化学家合作,开发了一种新的双金属催化剂,将可再生木质纤维素原料高效转化成生物燃料——2,5-二甲基呋喃(DMF)。该研究不仅使DMF产率提高至95%,而且使催化剂的稳定性延长至8小时。该研究成果于2019年7月12日发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering期刊上。   DMF有较高的能量密度和较高的辛烷值,其燃烧性能可与汽油媲美。木质纤维素常被用于生产DMF,然而生产过程需要复杂设备、140个大气压的高压环境以及稀有的化学试剂,基本流程是生物质脱水反应转化为5-羟甲基糠醛(HMF),然后通过选择性氢化将HMF转化为DMF,在没有副产物的情况下,DMF收率也不超过60%。   研究者想要优化DMF生产过程,首先锁定了基于贵金属的催化剂,因为贵金属是催化的主要活性元素,有助于避免副产物产生和非选择性氢化,而2-丙醇可用作选择性还原DMF的氢供体。研究者最初选择了金属钯,然而钯基催化剂成本高昂,而且钯催化剂不能与2-丙醇特异性相互作用导致DMF收率降低。后来,研究者尝试使用基于钯和铜的双金属催化剂开展研究,与单金属催化剂相比,钯含量为1-2%的双金属催化剂不仅提高了DMF的收率,而且还提高了反应的稳定性。双金属催化剂中的钯/铜相互作用增加了反应速率并防止了活性铜的聚集和浸出,使催化剂的失活降低到最小。基于双金属催化剂晶体尺寸较小的优势,10Cu-1Pd / RGO在最佳反应条件(温度180℃、压力15bar、原料流速0.2ml/min-1)下具有96%的HMF转化率和95%的DMF收率,并且可以保持连续化学反应8个小时的高度稳定性。