針對水和甲醇液相制氫反應的特點,采用 鉑-碳化鉬雙功能催化劑 (其中鉑以原子水平分散于立方相碳化鉬納米顆粒表面),在 低溫下(150~190 ℃)無需強堿即可實現對水和甲醇的高效活化和催化重整 。在190 °C時,催化速率高達18,046 mol H2 /(mol Pt *h),活性較傳統鉑基催化劑提升了兩個數量級。
首先比較了立方相碳化鉬(α-MoC)和六方相碳化鉬(β-Mo 2 C)在載體碳化鉬中的不同比例對負載金屬鉑的結構和甲醇水液相重整制氫活性的影響。實驗發現隨著載體中立方相結構α-MoC比例的增長,甲醇重整活性急劇增加,Pt負載于純α-MoC上(Pt/α-MoC)表現出了最高的甲醇重整活性。利用X-射線吸收精細結構譜和單原子分辨率的球差校正電鏡對催化劑進行系統研究表征,證明在2 wt% Pt/α-MoC催化劑上存在著高密度原子級分散的鉑。將Pt負載量降至0.2 wt%時,可實現所有負載金屬鉑呈原子級分散,極大提高了貴金屬鉑的原子利用率,TOF達到了18,046 mol H2 /(mol Pt *h) 。據估算,僅需含有6克金屬鉑的催化劑即可使產氫速率達到1 kg H2 /h,已基本達到商用車載燃料電池組的需求。而且,Pt/α-MoC具有較高的催化穩定性,經歷了11次模擬類真實情況的“啟動-停止-啟動”循環反應仍維持原子級分散形貌和較高的催化活性。
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