尚明丰 赵天天 鲍洪亮 段佩权 林 瑞 黄宇营 王建强



原位XAFS表征双金属纳米催化剂PtCo/C在工作状态下的结构变化

尚明丰1赵天天2鲍洪亮1段佩权1林 瑞2黄宇营1王建强1

1（中国科学院上海应用物理研究所 张江园区 上海 201204）2（同济大学 汽车学院 上海 201804）

用两步还原法制备的PtCo/C (10 wt% Pt)纳米催化剂具有与商业催化剂Pt/C (20 wt% Pt)接近的催化反应活性，使贵金属Pt的用量减少了50%。利用上海光源BL14W1线站的质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)原位X射线吸收精细结构谱(X-ray absorption fine structure, XAFS)实验装置，在以该PtCo/C作为燃料电池的阴极催化剂，以Pd/C作为阳极催化剂的条件下，原位表征PtCo/C在工作状态下的结构变化，PtCo/C的非原位XAFS数据没有观察到Pt−Co合金成分，发现存在显著的Co−O键和Co−O−Co键贡献，且与Pt/C相比，Pt的氧化程度更高且具有更短的Pt−Pt金属键长，说明PtCo/C中的Co主要以氧化物种形式存在，且Co的存在影响着活性成分Pt的结构。原位XAFS数据表明随着电压的逐渐降低，PtCo/C中Pt和Co的氧化程度降低，揭示了在催化反应过程中Pt的d电子向过渡金属Co的转移过程。

质子交换膜燃料电池，原位，X射线吸收精细结构谱，结构变化

由于其构造简单、能量密度高、能量转化效率高、环境友好等优点，作为化学电源被广泛应用[1‒3]。纯Pt具有催化活性高和稳定性好等特点，是质子交换膜燃料电池最常用的催化剂，但是Pt催化剂高昂的成本和较短的使用寿命极大地阻碍了其大规模的商业应用[4]，因此在保证催化剂活性的前提下，减少Pt的使用量，提高燃料电池的耐久性就显得尤为重要[5]。

作为……