非晶态Pt壳层Ni@Pt纳米粒子的高效甲醇电催化氧化动力学

本文研究了非晶态Pt壳层包裹Ni@Pt纳米粒子在甲醇电催化氧化反应中的动力学特性。通过连续两步化学还原法成功制备出这种独特的纳米结构，利用球差校正高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）、能量 dispersive X射线谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）对这些纳米粒子的微观结构和元素组成进行了深入分析。实验结果显示，非晶态Ni@Pt纳米粒子的平均直径约为12纳米，壳层厚度在1到2纳米之间，显示出良好的分散性。 非晶态金属如Pt的独特之处在于其原子排列的无序性，使得表面原子具有较高的配位不饱和度和较大的键位密度，这有利于甲醇分子的有效吸附，并能避免晶态金属在催化过程中可能遇到的结构不稳定问题。因此，非晶态金属被证实是高效且稳定的催化剂。具体到这项研究，非晶态Pt壳层的存在显著降低了甲醇电氧化反应的塔菲尔斜率，最小值达到0.075，相较于晶态纳米粒子更低，这表明非晶态Pt在催化过程中具有更高的活性。 同时，研究发现，非晶态Ni@Pt纳米粒子对甲醇的反应级数可达到0.60，高于晶态纳米粒子，这进一步证实了非晶态金属壳层对提高甲醇电催化氧化的效率有着重要作用。这一发现对于优化电化学催化剂的设计和提升能源转化效率具有重要意义，为未来的能源转换技术提供了新的研究方向。 本研究通过对比非晶态和晶态Ni@Pt纳米粒子在甲醇电催化氧化动力学上的差异，强调了非晶态金属在催化剂性能提升方面的优势，为进一步探索和开发新型高效的电化学催化剂提供了科学依据。