柯肯达尔效应合成铂族金属纳米笼催化剂*
2021-08-15李艳丽路世恩张晓军苏碧泉
张 乐,李艳丽,路世恩,张晓军,苏碧泉
(兰州交通大学化学与生物工程学院,甘肃 兰州 730070)
贵金属催化剂,尤其是铂、钯等铂族金属催化剂(Platinum Group Metal Catalysts,PGMCs)及其相应的氧化态催化剂或二元合金催化剂[1],因其具有较低的费米能级,较为适宜的和底物之间的吸附作用,从而非常有利于底物电子的传递和迁移。因此,PGMCs 在催化析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)、析 氢 反 应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)、甲醇氧化反应(Methanol Oxidation Reaction,MOR)、氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)、交叉偶联反应(cross coupling reaction,CCR)以及燃料电池(fuel cell,FCs)等领域应用非常广泛,相关的研究和应用对于现代化工生产意义重大[2,3]。
尽管该类催化剂应用前景非常良好。但是,该类催化剂高昂的制造成本严重制约了PGMCs 更广泛工业应用。所以,在保持和提高PGMCs 高催化活性的同时,如何大幅度地降低制备成本是近年来最为重要的研究课题之一。
解决该问题的方法之一是利用非贵金属材料替代或部分替代贵金属材料[4,5],或者从纳米结构入手,形成具有较大比表面积的纳米结构催化剂,促使更多的铂、钯等金属原子暴露在表面,从而大幅度提高原子利用率。这其中,纳米尺度的PGMCs 的特异形貌可控合成是提高催化效率、解决小尺寸的催化剂颗粒易于发生团聚或者从载体表面上脱落的有效手段之一[6]。含铂、钯等贵金属的纳米中空笼状结构催化剂具有比表面积较高、空隙结构丰富、传质速率可调等特性。因此,纳米尺度下的中空结构铂、钯催化剂的可控合成方法值得更加深入的研究。
就空心纳米颗粒的可控合成方法而言,牺牲模板法、柯肯达尔效应法(Kirkendall effect)以及奥斯瓦尔德熟化法(Ostwald Ripening)等都有相关研究报道[7,8]。……
