非Pt过渡金属硫化物纳米空球催化氧还原的电化学和拉曼光谱研究

探讨氧还原阴极过程，开发氧还原空气电极新材料，尤其是高催化性能的非铂氧还原催化剂的研制，是燃料电池的重要研究方向之一。本课题拟以Se、Ag或Co等球形纳米粒子为模板，研制有Au(或Ag)内壳的非铂过渡金属硫化物纳米空球及其修饰电极，开展催化氧还原反应的电化学和拉曼光谱研究，从分子水平探讨非铂过渡金属硫化物纳米空球的分子结构及其催化氧还原反应的中间产物，为催化氧还原反应机理提供结构解释。利用纳米材料表征技术，考察纳米空球种类、化学组成、粒径、壳厚、表面形貌等对催化氧还原反应活性、稳定性、抗甲醇等有机小分子及CO能力和拉曼光谱信号的影响。完善制备非铂过渡金属硫化物纳米空球的方法与工艺，为成功研制对氧还原反应的催化性能优异，又具有SERS活性的非铂过渡金属硫化物纳米空球及其修饰电极提供实验与理论依据。

深入理解O2阴极还原机理，开发高催化性能的O2还原电极新材料，特别是非铂O2还原催化剂，是燃料电池的重要研究方向之一。本项目在研究(Pt-Se)HN、(PtAuPt-Se)HN等含铂过渡金属硫化物纳米空球催化O2还原反应的基础上,系统研究了(PdSe2)HN、(RuSe2)HN 等非铂过渡金属硫化物纳米空球催化O2还原反应活性和动力学过程；在项目执行过程中，根据国内外的最新研究进展，适当地增加了研究内容，进一步研究了Au@Pt、Au@Pt3Ni、Au@PtNi4和Au@Pd等低（非）铂材料催化O2还原反应活性和动力学过程。结果表明与商品碳载铂(Pt/C)相比均具有较高的催化活性，且主要通过 O2 直接还原成 H2O 的4 电子历程进行，为开发非（低）铂O2还原催化剂进行了有益的探索。并对Au核的催化剂开展了SERS表征的尝试，虽然暂时未能获得有意义的结果，但是为后期进一步的表征进行了有益的探索。