兰州大学化学化工学院Junhao Shu等--原位氧化钯-铱纳米合金锚定在氮掺杂石墨烯上作为甲醇电氧化的有效催化剂
钯 (Pd) 基材料已广泛用作甲醇氧化反应 (MOR) 的催化剂。不幸的是，催化剂活性受到结构、一氧化碳中间体 (COads) 耐受性和稳定性的限制,目前很难用于大规模的商业生产。因此，为了进一步提高它们的电催化活性，使用一种简便的氧化方法，实现了在掺氮石墨烯 (NGS) 上钯-铱 (PdIr) 合金的原位氧化，我们称之为 Pd-Ir-O/NGS。新催化剂表现出显著的MOR活性（1374.8 mA mg-1）、COads 耐受性（起始氧化电位达到0.725 V）和稳定性（循环伏安法循环500次后的电流密度保持率为44.9%）。作为 MOR 的催化剂，Pd-Ir-O/NGS 与商业 Pd/C 和其他对应物相比具有更出色的电催化性能。机理研究表明，优异的催化性能归因于（1）由于引入了 Ir 和 O，PdIr-O 的协同电子效应；（2）在PdIr合金中插入O，使有毒的甲氧基中间体氧化加速； (3) 具有丰富氮原子的 NGS 独特的三维 (3D) 结构起到了重要作用。我们的研究结果预示着一种用于 MOR 的钯基材料改性的新范式，并为用于各种应用的新型 3D 碳基材料提供了一种可供替代的设计原则。
图 1. Pd-Ir-O/NGS 合成步骤示意图
图2. (a) Pd/NGS、Pd-Ir/NGS 和 Pd-Ir-O/NGS 的XRD图谱；Pd/NGS、Pd-Ir/NGS 和 Pd-Ir-O/NGS (b) Pd 3d、(c) Ir 4f 和 (d) N 1 s的高分辨率XPS光谱
图3.（a，d）Pd/NGS、（b，e）Pd-Ir/NGS和（c，f）Pd-Ir-O/NGS的SEM图像。
图4. (a) Pd/NGS、(b) Pd-Ir /NGS和(c) Pd-Ir-O/NGS的TEM图像；插图:HRTEM图像和相应的尺寸分布；(d) Pd-Ir-O/NGS的STEM-HAADF图像和(e-i)对应的EDS映射图像。
图5.(a) Pd/NGS、(b) Pd-Ir/NGS和(c) Pd-Ir-O/NGS的N2吸附-解吸等温线；(d)催化剂的孔径分布。
图6. Pd-Ir-O/NGS、Pd-Ir/NGS、Pd/NGS和Pd/C催化剂在 (a)N2饱和的1.0 M KOH溶液和(C) N2饱和的1.0 M KOH溶液和1.0 M甲醇溶液中的CVs，扫描速率为50 mV s-1；(b)具体的ECSA值和(d)各种催化剂在碱性介质中的质量和比活性
图7. (a)催化剂在N2饱和的1.0 M KOH溶液和1.0 M甲醇溶液中的LSV曲线图，扫描速率为1.0 mV s-1，插图是由LSV曲线导出的Tafel图；(b)催化剂的Nyquist图；(c)扫描速率为50 mV s-1时催化剂上记录的CO溶出图
图8. (a)催化剂在循环过程中保留的jf；(b)不同催化剂循环500次后的jf滞留率；(c) 在-0.80 V (vs. RHE)时N2饱和的1.0 M KOH溶液和1.0 M甲醇溶液中的CA曲线；(d) jf基于CA在7200秒后测试
图9. 甲醇在Pd-Ir-O/NGS上电氧化反应机理示意图。
相关研究成果于2021年由兰州大学化学化工学院Junhao Shu等人，发表在Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.07.056)上。原文：In-situ oxidation of Palladium–Iridium nanoalloy anchored on Nitrogen-doped graphene as an efficient catalyst for methanol electrooxidation。