铂铁金属间化合物的催化性能

2016-08-13
研发部

                                                            铂铁二元相图

    Pt-Fe合金是研究极为广泛的一类合金,除作电催化剂,Pt-Fe合金最重要的用途源于其所具 有的优异磁学性能。据Pt-Fe二元相图可知,Pt-Fe间共有三种化学计量比的有序金属间化合物:Pt1Fe3、Pt1Fe1和Pt3Fe1

       与Pt-Bi二元合金不同,Pt-Fe间有无序结构的无限固溶体存在。早先报道的Pt-Fe金属间化合物的制备都是通过高温熔炼等高温方法得到的,正是由于这种制备方法的限制,目前报道的用于低温燃料电池电催化剂中的Pt-Fe合金更多是无序Pt-Fe固溶体。 随着科学技术的发展以及人们对化学本质认识的深入,制备纳米尺度的Pt-Fe金属间化合物方法也得到了很大的发展,尤其是2000年Sun等报道了用于磁性材料的单分散PtFe纳米粒子的制备方法后。Sun等以金属有机化合物作为铂和铁的原料,首先在有机相中还原得到无序的Pt-Fe固溶体相合金,在将所得到的前驱体在N2氛下退火一段时间即得到四方相Pt1Fe1金属间化合物。 在此之后,一系列的基于此的改进方法被报道。此外还有一些基于裂解同时含Fe和Pt的金属有机前驱体的方法来得到Pt-Fe金属间化合物纳米粒子的报道。为避免热处理时所造成的颗粒增大,也有一些报道通过在所制备的无序的Pt-Fe固溶相合金纳米颗粒表面包覆一层氧化物(如MgO等)来实现这一目的。

        Pt-Fe合金在低温燃料电池电催化剂方面的报道较多,根据电化学测试,PtFe金属间化合物相较单Pt催化剂及无序的PtFe固溶相合金显示出更高的电催化氧还原活性,且稳定性测试表明,经1000圈循环后, 极化曲线中半波电位下电流密度PtFe金属间化合物降低了14%, 而商用的Pt/C降低了20%,无序的PtFe固溶相合金降低了27%,具有有序结构的PtFe金属间化合物显示出更好的稳定性。PtFe金属间化合物更高的催化活性和稳定性应与其所具有的金属间化合物的结构以及此所带来的电子结构改变有关。 有报道指出PtFe金属间化合物中的Pt-Fe间自旋轨道偶合及Fe3d与Pt5d轨道杂化效应导致PtFe金属间化合物具有良好的化学稳定性。

来源:内江洛伯尔材料科技有限公司