波兰科学院核物理研究所 三元铂/稀土/二氧化锡/碳催化剂:a)能谱图证实铂(红色)、二氧化锡(蓝色)和稀土(黄色)的存在；和b)通过使用透射电子显微镜获得的确认铂、稀土和二氧化锡纳米粒子之间的物理接触的高分辨率HAADF STEM高分辨率图像
右上角显示了用金属铂和稀土纳米粒子修饰的二氧化锡纳米粒子方案
黑色虚线箭头表示单个纳米粒子之间的物理接触位置
信用:IFJ潘 波兰科学院核物理研究所功能纳米材料部门的科学家设计并合成了一种功能性三元铂/稀土/二氧化锡/碳催化剂，作为直接乙醇燃料电池的阳极材料
通过合成球形的铂、铼和氧化锡纳米粒子并确保它们之间的物理接触，这是可能的
这一发现将导致更高效、更绿色和更便宜的燃料电池催化剂的生产
现代科学今天面临的最大挑战之一是开发新的、高效的和环境友好的技术，将化学能转化为电能
乙醇燃料电池正成为这样一种替代能源
乙醇似乎是未来的理想燃料，因为与甲醇或氢气相比，它的毒性低得多，在储存和运输中不会造成问题或威胁，并且也可以从生物质中获得
然而，用于直接乙醇燃料电池的催化剂不够有效，并且主要产生副产物而不是预期的乙醇最终产物，例如二氧化碳
这些物质强烈吸附在铂的表面，铂是最常用的催化剂
结果，它们阻断催化活性位点，阻止进一步的反应，从而导致所谓的催化剂中毒并降低装置的整体效率
因此，关键的挑战是开发合适类型的催化剂
铂和铂基催化剂广泛用于DEFCs
乙醇吸附发生在铂表面，引发氧化反应(乙醇氧化反应——EOR)
中毒问题可以通过向铂中添加其他成分来解决，例如金属铑和氧化锡，这提高了EOR的效率，因为它们在乙醇氧化途径中发挥独特和单独的作用
铑的作用是分裂乙醇分子中的碳碳键，而二氧化锡为氧化中间体提供羟基，并有助于打开铂的非活性表面
除了铑和锡之外，还使用诸如钌、铱、铜、铁、钴、镍和许多其他元素
包含沉积在氧化锡上的铂和铑纳米合金的三元纳米催化剂也被广泛研究，其目前被认为是乙醇氧化反应中最有效和选择性的构型之一
这也表明纳米粒子之间的物理接触起着至关重要的作用
波兰科学院核物理研究所功能纳米材料部门的科学家，由教授领导
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玛格达莱娜·帕林斯卡-沃伊坦承担了设计和合成一种新材料的任务，这种材料可以起到阳极催化剂的作用
为此，他们决定分析铼作为三种催化剂组分之一对提高EOR效率的作用
此外，研究人员假设，通过使用分子间相互作用和动电位测量，将单独合成的铂、稀土和二氧化锡纳米粒子组装成双重和三重组合以确保它们的物理接触是可能的
这种组装是可能的，因为每种类型的纳米粒子的动电势值相反
在进行稳定性研究时，研究人员还关注催化剂的耐久性，因为纳米催化剂组分的降解是限制催化剂稳定性和商业化的一个严重因素
“在我们工作的第一阶段，我们优化了获得单个纳米粒子的过程:铂、铼和氧化锡，它们是阳极催化剂的组成部分，”Dr
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该科学出版物的主要作者，来自IFJ·潘的艾尔兹比达·德雷萨拉描述了所进行的研究的细节
“然后，利用分子间的相互作用，我们将单独合成的纳米粒子放在一起，以确保它们之间的物理接触
通过这种方式，我们获得了二元和三元纳米粒子组合，然后将其以均匀的分布沉积在碳基底上，从而为乙醇分子提供了到达活性表面的最佳途径
下一步是研究选定的二元和三元组合的电化学性质，因为它们可能用作乙醇燃料电池的阳极材料
最后，我们将我们的工作结果与商业铂催化剂进行了比较
" 获得的结果证明是非常重要的，并鼓励进一步研究这种类型的材料
由IFJ聚丙烯腈集团开发的铂、稀土和二氧化锡纳米粒子催化剂可以成功地用作燃料电池的阳极催化剂
用透射电子显微镜结合能谱进行的分析证实了形成三元铂/稀土/二氧化锡/碳催化剂的纳米颗粒之间的物理接触(见图)
已经通过伏安技术实验证明，这种三元催化剂在乙醇氧化反应中显示出比商业铂催化剂高十倍以上的活性
此外，已经表明铂/稀土/二氧化锡/碳催化剂具有最好的稳定性——经过测试，它保留了近96 %的电化学活性表面(相比之下，商业催化剂为12 %)
同样重要的是，三元催化剂表现出最低的起始电位值——初始氧化电位值几乎为0
比商业铂催化剂低3伏
因此，使用铼作为第三组分并以纳米粒子保持物理接触的方式连接纳米粒子产生了提高EOR效率的期望效果
“我们的进一步研究将继续集中在燃料电池催化剂上，”博士解释说
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Drzymala
“然而，更进一步，我们希望解决经济问题，开发一种催化系统，该系统具有更好或至少相当的性能，但不添加铂
我相信，使用无铂纳米粒子修饰的2纳米二氧化锡小纳米粒子作为这种催化剂的组分，将使美国更接近于为燃料电池阳极创造一种功能齐全的材料
我希望波兰科学院核物理研究所的功能纳米材料部门能够很快合成出不含铂的催化剂
"
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