Pt(hkl)單晶表面CO電氧化過程原位拉曼光譜研究進展

发布日期:2020-09-29     浏览次数:次   

我院李劍鋒教授課題組采用原位電化學殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜(SHINERS)結合理論計算,研究了酸性溶液中COPt(hkl)表面的電氧化行爲。相關結果以In Situ Raman Study of CO Electrooxidation on Pt(hkl) Single Crystal Surfaces in Acidic Solution”爲題發表于《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202010431)

在質子交換膜燃料電池的研究中,陽極催化劑CO中毒的問題會導致燃料電池性能下降和壽命縮短。CO分子在Pt(hkl)單晶電極表面的吸附和電氧化是解決燃料電池催化劑Pt中毒機理的關鍵步驟。

在該工作中,李劍鋒教授課題組利用原位SHINERS光譜技術,獲得了Pt(111)Pt(100)上頂位和橋位吸附的CO*分子的拉曼信號,而在Pt(110)表面僅觀察到頂位吸附的CO*分子。另一方面,在Pt(111)Pt(100)表面CO電氧化過程中的氧化前峰區間,原位觀測到了OH*COOH*物種形成和消失的直接光譜證據,並通過同位素取代實驗和密度泛函理論進行了驗證,說明OH*COOH*物種的形成和吸附在CO分子的電氧化過程中起著至關重要的作用,並與CO電氧化過程中氧化前峰相關。

在實驗結合理論的研究基礎上,提出了合理的CO電氧化過程。在高氯酸的CO飽和溶液中,吸附態的CO*通過L-H機理與吸附態的OH*經由COOH*過程,COOH*分解産生CO2釋放到溶液中。相反,在Pt(110)單晶表面,獲得了不同的實驗現象,進一步結合吸附構型和理論計算,解釋了其活性較差的原因。該工作系統地研究了Pt(hkl)單晶電極表面CO的吸附和电氧化過程,为抗毒化和高效催化剂的设计提供了新的视角。

該工作的實驗部分主要由我院博士研究生蘇敏和董金超博士共同完成,理論計算部分由樂家波博士完成,博士生趙宇、楊偉民等參與了論文的研究工作和討論。該研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃等的資助和支持。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202010431

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