分会

第四十六分会：纳米体系理论与模拟

摘要

目前Pt是氧还原反应(ORR)最常用的催化剂，但是其价格高和储量低限制了它的大规模应用，而通过掺杂其他金属制成Pt基合金催化剂的方法，能够在提高催化剂活性的同时，提高Pt的利用率，因此我们对PtPd合金纳米材料的ORR活性展开了研究。考虑到Pd具有良好的储氢性能，我们构建了PtPdHx模型，并深入探讨了Pt和Pd的d带中心与ORR活性之间的相关性。结果表明，H原子的引入使得Pt和Pd的电子结构有利于减弱PtPd合金的氧吸附能(EO*)，基于Nørskov课题组[1]的模型，PtPdHx具有更为优异的ORR活性。整体而言，PtPdHx在调节催化剂ORR活性时，配体效应起主导作用。 此外，Pt自身稳定性较差，在反应中会发生溶解或者团聚，导致电池性能的下降。此时，利用有机物来修饰Pt(111)表面能有效地改善催化剂的稳定性，并进一步提高催化剂的ORR活性。据此，我们利用理论计算分析了共面Graphene/Pt(111)纳米材料ORR催化活性的增强。通过比较Pt(111)和Graphene/Pt(111)表面的空位形成能，揭示了界面石墨化碳对Pt(111)稳定性的影响。我们发现在Graphene/Pt(111)中形成Pt空位比Pt(111)更加困难，Graphenen/Pt(111)具有较高的稳定性。另一方面，Graphene对Pt(111)的覆盖致使Pt原子的d带中心轻微左移，进而氧原子与Graphenen/Pt(111)的结合弱于Pt(111)。其中Graphene/Pt(111)较弱的EO*会促使电催化过程中过电位的降低，有利于ORR过程。综上所述，Pt(111)与Graphene的相互作用，不仅阻止了催化剂的溶解和聚集，而且提高了ORR催化活性，这与实验结果相吻合[2]。

关键词

氧还原反应;PtPd合金;Graphene

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